4月27日,汉堡大学一组本科生在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》(JCAP)发表研究,他们设计建造的腔体探测器用于寻找轴子(暗物质主要候选粒子之一)。尽管资源有限,仍成功对轴子性质设定新实验限制,推动物理学难题研究进展。

萨拉马(左)和阿克古穆斯(右)与实验装置合影。图片来源:纳比尔·萨拉马和阿吉特·阿克古穆斯
该项目获汉堡大学跨学科学习中心学生科研基金资助,该基金支持学生主导的独立研究。研究作者之一、汉堡大学物理学硕士研究生纳比尔·萨拉马称,他们参与MADMAX暗物质实验研究小组,从中获专业知识与支持,还感谢汉堡大学和量子宇宙卓越集群提供资金、关键设备使用权及研究人员支持。
研究第一作者、汉堡大学数学物理硕士研究生阿吉特·阿克古穆斯表示,研究暗物质或轴子,因预期其存在于银河系各处,实验地点不受限。团队利用资金搭建紧凑实验装置,核心是高导电材料制成的谐振腔,还集成电子设备等。萨拉马称,他们制造的探测器是暗物质腔探测器最简单版本。学生们利用大学和合作团队现有设施、设备与指导,建成系统后经测试、校准和运行用于数据采集。萨拉马说,将复杂实验简化后,装置灵敏度降低、搜索窗口缩小,但仍能产生新科学数据。
完成数据采集后,研究团队未探测到可归因于轴子的信号,但结果具科学价值。它排除了测试质量范围内某些特征轴子的存在,有助于改进搜索方向、指导未来实验。阿克古穆斯称,寻找轴子需探索各种参数,该实验虽只覆盖小区域、灵敏度有限,但有助于缩小可能性范围。
萨拉马认为实验意义在于可在更小规模开展研究。阿克古穆斯补充,实验性能随资源和复杂性增加而提升,但已证明可缩小装置规模,甚至到学生独立开发项目规模仍能产生真实科学数据。同行评审中,一位审稿人建议轴子被发现且性质确定后,此类实验会更易开展,甚至可用于教学实验室。萨拉马称,这表明小规模构建和运行此类实验已可行。