BREAD-experimentet ett nytt sätt att söka efter mörk materia

 

I ett nytt experiment och samarbete under ledning från University of Chicago och Fermi National Accelerator Laboratory, med beteckningen Broadband Reflector Experiment for Axion Detection (BREAD) har det nyligen släppts ett första resultat i sökandet efter mörk materia. Studien publicerades i Physical Review Letters.

Även om det inte hittades mörk materia begränsades var den kan finnas och demonstrerades ett unikt tillvägagångssätt för att påskynda sökandet efter den till ett relativt litet antal platser och kostnader. Men eftersom ingen någonsin har sett mörk materia utan bara tecken på att den bör finnas eller något vi inte förstår vet vi inte var vi ska leta efter den.

"Vi är väldigt säkra på att något finns, men det finns många, många former som den kan ha", beskriver UChicago Assoc. Prof. David Miller, medledare för experimentet tillsammans med Fermilabs Andrew Sonnenschein, vilken var den som ursprungligen utvecklade konceptet för experimentet.

Forskare har tidigare kartlagt flera av de mest sannolika alternativen för platser och former att söka med och i. Vanligtvis har tillvägagångssättet varit att bygga detektorer för att med dessa noggrant söka av ett specifikt område (i det här fallet en uppsättning frekvenser) för att sedan  kunna utesluta dessa.

Ovan team av forskare utforskade med ett nytt tillvägagångssätt. Deras design kallas "bredband", vilket innebär att de kan söka efter en större uppsättning möjligheter om än med något mindre precision.

"Om man tänker på det som en radio, är sökandet efter mörk materia som att ställa in frekvensratten och söka efter en viss radiostation, förutom att det i detta experiment fanns en miljon frekvenser att kolla igenom", beskriver Miller. "Vår metod är som att göra en skanning av 100 000 radiostationer istället för några få mycket noggrant." För att få en mer utförlig redovisning av hur instrumentet är uppbyggt mm se denna sida. från University of Chicago.

BREAD-instrumentet byggdes vid Fermilab som en del av laboratoriets detektor-FoU-program och användes sedan vid UChicago, där data för denna studie samlades in. UChicago Ph.D-doktoranden Gabe Hoshino ledde driften av detektorn  tillsammans med studenterna Alex Lapuente och Mira Littmann.

Argonne National Laboratory ett tvärvetenskapligt forskningscenter för vetenskap och teknik som finns i Illinois USA. som kommer att användas i nästa steg i fysikprogrammet BREAD. Andra institutioner är SLAC National Accelerator Laboratory, Lawrence Livermore National Laboratory, Illinois Institute of Technology, MIT, Jet Propulsion Laboratory, University of Washington, Caltech och University of Illinois i Urbana-Champaign, vilka alla arbetar med UChicago och Fermilab på FoU för framtida versioner av experimentet.

Bild https://news.uchicago.edu/ En rendering av BREAD-designen. Den "Hershey's Kiss"-formade strukturen leder potentiella signaler om mörk materia till den kopparfärgade detektorn till vänster. Detektorn är tillräckligt kompakt för att få plats på en bordsskiva. Bild med tillstånd av BREAD Collabora