ALPS 실험, 암흑물질 탐색 시작

ALPS 실험은 DESY 연구 센터에서 수행되고 있으며 우주에서 평소보다 5배 더 자주 발생해야 하는 물질을 탐지하는 것을 목표로 하고 있습니다.

그러나 지금까지 어떤 과학자나 연구자도 이 물질의 입자를 식별할 수 없었습니다. 새로운 실험은 특히 가벼운 입자를 탐지하고 그 발생에 대한 증거를 제공하는 최초의 실험이 될 수 있습니다.

혁신 플랫폼은 실험을 살펴보고 그것이 어떻게 우리 우주에 대한 독특한 신비를 밝힐 수 있는지 조사합니다.

ALPS 실험은 총 250m에 걸쳐 진행되며 특히 가벼운 유형의 새로운 기본 입자를 찾고 있습니다.

이를 위해 HERA 가속기의 재활용 초전도 자석 24개, 강렬한 레이저 빔, 정밀 간섭계 및 고감도 감지기를 사용합니다.

연구팀은 이러한 독특한 구성을 사용하여 기계가 소위 액시온 또는 액시온 유사 입자를 감지할 수 있기를 바라고 있습니다. 이러한 입자는 알려진 종류의 물질과 매우 약하게만 반응하는 것으로 알려져 있으며, 이는 가속기를 사용하는 실험에서는 감지할 수 없음을 의미합니다.

따라서 ALPS는 이를 탐지하기 위해 완전히 다른 원리를 사용합니다. 강한 자기장을 사용하면 광자(빛의 입자)가 이러한 신비한 기본 입자로 변환될 수 있으며 다시 되돌릴 수 있습니다.

DESY의 입자 물리학 이사인 Beate Heinemann은 다음과 같이 설명했습니다. "ALPS 실험에 대한 아이디어는 30년 이상 존재해 왔습니다.

"이전 HERA 가속기의 구성요소와 인프라를 최첨단 기술과 함께 사용한다는 것은 우리가 처음으로 국제 협력에서 ALPS를 사용할 수 있다는 것을 의미합니다."

DESY 이사회 의장인 Helmut Dosch는 "DESY는 모든 다양한 형태의 물질을 해독하는 임무를 스스로 설정했습니다. 따라서 ALPS는 우리의 연구 전략에 완벽하게 부합하며 아마도 암흑 물질의 문을 열 것입니다."라고 덧붙였습니다.

액시온 물질을 탐지하기 위해 ALPS 실험은 길이가 약 120m인 진공관의 광학 공진기 장치를 따라 고강도 레이저 빔을 보냅니다.

여기서 빔은 앞뒤로 반사되며 일직선으로 배열된 12개의 HERA 자석에 둘러싸여 있습니다. 만약 광자가 강한 자기장 속에서 축축으로 변한다면, 그 축축은 자석선 끝에 있는 불투명 벽을 통과할 수 있습니다. 벽을 통과하면 첫 번째와 거의 동일한 또 다른 자기 트랙으로 들어갑니다.

이 트랙에서 액시온은 다시 광자로 바뀔 수 있으며, 검출기는 마지막에 이를 포착할 수 있습니다. 두 번째 광학 공진기는 액시온이 다시 광자로 바뀔 확률을 10,000배 증가시키기 위해 여기에 설치되었습니다. 즉, 만약 빛이 벽 뒤에 도달한다면, 그것은 그 사이에 있는 액시온임에 틀림없다는 뜻입니다.

DESY의 프로젝트 리더이자 ALPS 협력 대변인인 Axel Lindner는 "그러나 우리의 모든 기술적 트릭에도 불구하고 광자가 액시온으로 바뀌었다가 다시 돌아올 가능성은 매우 작습니다."라고 말했습니다.

Lindner는 "33개의 주사위를 던졌는데 모두 같은 결과가 나오는 것과 같습니다."라고 덧붙였습니다.

ALPS 실험이 제대로 작동하려면 팀은 장치의 모든 다양한 구성 요소를 최대 성능으로 조정해야 했습니다.

최대 성능에서는 실험에 여러 가지 이점이 있습니다.

ALPS 실험은 원래 DESY 이론가인 Andreas Ringwald가 제안했으며, 그는 표준 모델 확장에 대한 계산을 통해 실험의 이론적 동기를 뒷받침했습니다.

그는 "실험 물리학자들과 이론 물리학자들은 ALPS를 위해 매우 긴밀하게 협력했습니다. 그 결과는 고주파 중력파를 검색하는 데 사용할 수도 있는 액시온을 발견할 수 있는 고유한 잠재력을 가진 실험입니다."라고 말했습니다.

액시온 검색은 원래 감쇠 작동 모드에서 시작됩니다. 이는 액시온의 존재를 잘못 나타낼 수 있는 '배경 조명' 검색을 단순화합니다.

실험은 2023년 하반기에 완전한 감도를 달성할 예정이며, 2024년에는 거울과 대체 조명 시스템이 업그레이드될 예정입니다.