Schéma experimentu MADMAX. Kredit: Olivier Rossel.

Po temné hmotě pátrá mnoho výzkumných týmů se spoustou pozoruhodných a někdy i bizarních experimentů. Bohužel, se stále stejným výsledkem. Lov na temnou hmotu podléhá módním vlnám, i když se obvykle nevracejí, protože jednou vyvrácené hypotézy jsou mimo hru, leda by se něco v souvislosti s nimi radikálně změnilo.

Momentálně jsou mezi jakžtakž slibnými kandidáty axiony a temné fotony, tedy vesměs extrémně lehké částice, doposud samozřejmě zcela hypotetické. Na pátrání po obout typech těchto kandidátů se podílí pozoruhodný experiment MADMAX (MAgnetized Disk and Mirror Axion eXperiment), který hodlá detekovat případné částice temné hmoty pomocí soustavy safírových disků a zrcadla.

Logo. Kredit: MADMAX Collaboration.

Tým experimentu MADMAX nedávno publikoval první výsledky svého úsilí, které zahrnovalo pátrání po temné hmotě s prototypem jejich detektoru v malém měřítku. Asi nebude žádným tajemstvím, že žádnou temnou hmotu nenašli. To by už otřásalo celým světem, přinejmenším v akademických kruzích. Jak sami badatelé přiznávají, šlo spíše o demonstraci této technologie a ověření, že je použitelná.

Jak říká vedoucí početného týmu pilotních testů Jacob Mathias Egge z Universität Hamburg, temné fotony jsou těžší bratranci fotonů, které ovšem nemají vůbec žádnou hmotnost, takže být těžší není až takový problém. Pokud existují, měly by se temné fotony v halech temné hmoty spontánně (byť velmi vzácně), přeměňovat na běžné fotony o frekvenci, která závisí na (neznámé) hmotnosti temných fotonů. Pak bychom měli detekovat nadbytek takových fotonů někde kolem frekvence 20 GHz.

Logo. Kredit: Universität Hamburg.

MADMAX je navržený tak, aby pomocí rezonátoru zesiloval konverzi temných fotonů na běžné fotony. Tento rezonátor má unikátní konstrukci, která zahrnuje soustavu paralelně uspořádaných dielektrických, v tomto případě safírových disků, společně s mikrovlnným přijímačem. Signál temných fotonů by se měl ukázat jako konstantní oscilace na určité frekvenci.

Technologie MADMAX, jak se zdá, funguje. Teď přijde na řadu zvětšování velikosti rezonátoru, tedy větší počet a větší velikost safírových disků. Experiment by rovněž měl být zmrazen na 4 kelviny, aby se omezilo rušení termálním šumem, a také vystaven silnému magnetickému poli, díky čemuž bude hledat temné fotony a současně i axiony. Uvidíme, co MADMAX předvede.

Video: Bela Majorovits: Advances in searching for galactic axionswith a Dielectric Haloscope: MADMAX

Literatura

Phys.org 9. 5. 2025.

Physical Review Letters 134: 151004.