Tecnologia Científica

O experimento DALI: Procurando pelo axia£o, um componente proposto da matéria escura
Previsto pela teoria na década de 1970, o axion éuma parta­cula hipotanãtica de baixa massa que interage fracamente compartículas padra£o, como núcleos e elanãtrons, bem como com fa³tons.
Por Instituto de Astrofísica de Canarias - 30/04/2021


As caixas mostram como os filamentos e superaglomerados de gala¡xias crescem ao longo do tempo, de bilhaµes de anos após o Big Bang a s estruturas atuais. Crédito: Modificação de obra por CXC / MPE / V. Springel

A detecção do a¡xion marcaria um episãodio-chave na história da ciência Essa parta­cula hipotanãtica poderia resolver dois problemas fundamentais da Fa­sica Moderna ao mesmo tempo: o problema da Carga e da Paridade na interação forte e o mistério da matéria escura. No entanto, apesar do grande interesse cienta­fico em encontra¡-lo, a busca em alta frequência de ra¡dio - acima de 6 GHz - foi quase deixada de lado pela falta da tecnologia de alta sensibilidade que poderia ser construa­da a um custo razoa¡vel. Atéagora.

O Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) participara¡ de uma colaboração internacional para o desenvolvimento do experimento DALI (Dark-photons & Axion-Like Partitions), um telesca³pio de astro-parta­cula para matéria escura cujo objetivo cienta­fico éa busca de axions e parafa³tons na banda de 6 a 60 GHz. O prota³tipo, prova de conceito, estãoatualmente em fase de projeto e fabricação no IAC. O white paper que descreve o experimento foi aceito para publicação no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics ( JCAP ).

Previsto pela teoria na década de 1970, o axion éuma parta­cula hipotanãtica de baixa massa que interage fracamente compartículas padra£o, como núcleos e elanãtrons, bem como com fa³tons. Essas interações propostas são estudadas para tentar detectar o a¡xion com diferentes tipos de instrumentos. Uma técnica promissora éestudar a interação de a¡xions com fa³tons padra£o.

"Axions 'se' misturam 'com fa³tons sob a ação de um forte campo magnético externo, como os produzidos pelos a­ma£s supercondutores em detectores departículas ou aqueles usados ​​para diagnósticos médicos por ressonância magnanãtica e produzem um sinal fraco de ra¡dio ou microondas. Este sinal tem foi procurado em vários experimentos desde o final dos anos 80, e éapenas o sinal que queremos detectar agora com DALI, embora em uma nova gama de parametros quase inexplorada, que seráacessa­vel pela primeira vez graças a esta experiência ", explica Javier De Miguel, investigador do IAC e primeiro autor do estudo.

Os primeiros detectores de axion, fabricados nas décadas de 80 e 90, usavam uma cavidade ressonante que, dentro de um superima£, ampliava o fraco sinal de micro-ondas previsto pelo axion, tentando trazaª-lo para uma faixa de potaªncia detecta¡vel por instrumentos cienta­ficos. Infelizmente, o tamanho da cavidade éinversamente proporcional a  frequência de varredura e, para o axion, os porquinhos eram muito pequenos para serem feitos para frequências maiores do que 6 GHz.

Por isso, o novo experimento reaºne as técnicas mais promissoras de varredura em altas frequências, e inclui em um projeto prático ao qual se soma a capacidade de detectores de astroparta­culas para matéria escura axia´nica. Desta forma, o DALI compreende um poderoso a­ma£ supercondutor, um detector de axions com um novo ressonador para tornar detecta¡vel o sinal fraco causado pelos axions e uma montagem de altazimute para permitir a varredura de objetos e regiaµes no canãu em busca de matéria escura.

Dessa forma, o DALI poderia ajudar na detecção do a¡xion , uma parta­cula pseudo-escalar de natureza semelhante a  do ba³son de Higgs, descoberta em 2012 no CERN, e uma candidata promissora para a matéria escura . A matéria escura éum constituinte fundamental do Universo que interage muito fracamente com a matéria comum, e por isso émuito difa­cil de detectar diretamente, mas cuja descoberta nos permitiria explicar as curvas de rotação das gala¡xias espirais, e por que a formação da estrutura no O Universo se desenvolveu da maneira que se desenvolveu atéagora, entre outros mistanãrios.

 

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