光穿墙实验ALPS开始寻找暗物质

ALPS(任意轻粒子搜索)实验全长 250 米，正在寻找一种特别轻的新型基本粒子。使用来自 HERA 加速器的 24 个回收超导磁体、强激光束、精密干涉测量法和高灵敏度探测器，国际研究团队希望寻找这些所谓的轴子或类轴子粒子。据信，此类粒子与已知物质的反应非常微弱，这意味着它们无法在使用加速器的实验中检测到。因此，ALPS 采用完全不同的原理来检测它们：在强磁场中，光子(即光粒子)可以转化为这些神秘的基本粒子，然后再次变回光。“像 ALPS 这样的实验的想法已经存在了 30 多年。通过使用前 HERA 加速器的组件和基础设施，以及最先进的技术，我们现在能够首次在国际合作中实现 ALPS II，”粒子物理学主任 Beate Heinemann 说。德西。DESY 董事会主席 Helmut Dosch 补充道：“DESY 为自己设定了解码所有不同形式物质的任务。所以 ALPS II 非常适合我们的研究策略，也许它将打开暗物质的大门。” DESY 粒子物理学主任。DESY 董事会主席 Helmut Dosch 补充道：“DESY 为自己设定了解码所有不同形式物质的任务。所以 ALPS II 非常适合我们的研究策略，也许它将打开暗物质的大门。” DESY 粒子物理学主任。DESY 董事会主席 Helmut Dosch 补充道：“DESY 为自己设定了解码所有不同形式物质的任务。所以 ALPS II 非常适合我们的研究策略，也许它将打开暗物质的大门。”

ALPS 团队沿真空管中称为光学谐振器的装置发出高强度激光束，该装置长约 120 米，光束在真空管中来回反射，并由十二个直线排列的 HERA 磁铁包围. 如果一个光子在强磁场中变成一个轴子，那个轴子可以穿过磁铁线末端的不透明壁。一旦穿过墙壁，它将进入另一个与第一个几乎相同的磁轨。在这里，轴子然后可以变回光子，最后被探测器捕获。此处设置了第二个光学谐振器，以将轴子变回光子的概率提高 10000 倍。这意味着，如果光确实到达墙后，它一定是介于两者之间的轴子。“然而，

为了使实验真正起作用，研究人员必须调整设备的所有不同组件以达到最佳性能。光探测器非常灵敏，每天可以探测到一个光子。反射镜系统的光精度也破纪录：反射镜之间的距离必须保持恒定，在相对于激光波长的原子直径的几分之一以内。每个九米长的超导磁体在真空管中产生 5.3 特斯拉的磁场，是地球磁场强度的 10 万倍以上。这些磁铁取自 HERA 加速器 6.3 公里长的质子环，并为 ALPS 项目进行了升级回收。磁铁原本是内侧弯曲的，为了实验需要拉直以便储存更多的激光;并且在-269摄氏度的超导条件下操作它们的安全设备已经完全修改。ALPS 实验最初由 DESY 理论家 Andreas Ringwald 提出，他还通过扩展标准模型的计算支持了该实验的理论动机。Ringwald 说：“实验物理学家和理论物理学家为 ALPS 密切合作。结果是一个具有发现轴子的独特潜力的实验，我们最终甚至可以用它来搜索高频引力波。” 并且在-269摄氏度的超导条件下操作它们的安全设备已经完全修改。ALPS 实验最初由 DESY 理论家 Andreas Ringwald 提出，他还通过扩展标准模型的计算支持了该实验的理论动机。Ringwald 说：“实验物理学家和理论物理学家为 ALPS 密切合作。结果是一个具有发现轴子的独特潜力的实验，我们最终甚至可以用它来搜索高频引力波。” 并且在-269摄氏度的超导条件下操作它们的安全设备已经完全修改。ALPS 实验最初由 DESY 理论家 Andreas Ringwald 提出，他还通过扩展标准模型的计算支持了该实验的理论动机。Ringwald 说：“实验物理学家和理论物理学家为 ALPS 密切合作。结果是一个具有发现轴子的独特潜力的实验，我们最终甚至可以用它来搜索高频引力波。” “实验物理学家和理论物理学家为 ALPS 密切合作。结果是一个具有发现轴子的独特潜力的实验，我们最终甚至可以用它来搜索高频引力波。” “实验物理学家和理论物理学家为 ALPS 密切合作。结果是一个具有发现轴子的独特潜力的实验，我们最终甚至可以用它来搜索高频引力波。”

对轴子的搜索最初将以衰减的操作模式开始，简化了对可能错误地指示轴子存在的“背景光”的搜索。该实验预计在 2023 年下半年实现全灵敏度。镜子系统将在 2024 年升级，稍后还可以安装替代光探测器。科学家们预计将在 2024 年公布 ALPS 的第一批结果。Lindner 坚信，“即使我们没有用 ALPS 发现任何轻粒子，该实验也会将超轻粒子的排除极限改变 1000 倍。”

总体而言，约有 30 名科学家加入了国际 ALPS 合作。他们来自七个研究机构：除DESY外，马克斯普朗克引力物理研究所(Albert Einstein Institute)、汉诺威莱布尼茨大学引力物理研究所、卡迪夫大学(英国)、佛罗里达大学(Gainesville, Florida) ，)，美因茨的约翰内斯古腾堡大学，汉堡大学和南丹麦大学(欧登塞)都参与其中。

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