澳大利亚实验给暗物质设定了一个新的范围

　　ORGAN实验是澳大利亚第一个主要的暗物质探测器，最近完成了对一种称为轴子的假设粒子的搜索。ORGAN对轴子的可能特性设置了新的限制，从而帮助缩小了对它们的搜索范围。
　　让我们从一个故事开始
　　大约140亿年前，所有的物质都被压缩到一个非常密集、炎热的区域。然后大爆炸发生了，一切都飞散了。这些粒子结合成原子，最终聚集在一起形成恒星，恒星爆炸并产生各种奇异物质。
　　数十亿年后，地球出现了，它最终爬满了被称为人类的小东西。人、行星、恒星和星系都是由常规物质构成的。但我们知道，普通物质只占宇宙中所有物质的六分之一。其余部分由我们所谓的暗物质构成，它不发光（因此我们称其为暗）并且具有质量（因此我们称其为物质）。
　　如果它是不可见的，我们怎么知道它在那里
　　当我们观察事物在空间中的运动方式时，我们一次又一次地发现，如果我们只考虑我们能看到的东西，我们就无法解释我们的观察结果。旋转星系就是一个很好的例子，大多数星系的旋转速度无法仅用可见物质的引力来解释。
　　因此，这些星系中一定有暗物质，提供额外的引力并让它们旋转得更快，我们认为暗物质实际上将星系联系在一起。所以宇宙中一定有大量的暗物质，拉动着我们能看到的所有东西。它也会穿过你，就像某种宇宙幽灵，只是你感觉不到。
　　我们怎么能检测到它
　　许多科学家认为暗物质可能由称为轴子的假设粒子组成。轴子最初是作为粒子物理学中另一个主要问题强CP问题的解决方案的一部分而提出的。
　　不管怎样，在提出轴子之后，科学家们意识到，在某些条件下，这个粒子也可以构成暗物质。这是因为预计轴子与常规物质的相互作用非常微弱，但仍然具有一定的质量。
　　既然人们认为暗物质就在我们身边，我们可以在地球上建造探测器。而且，幸运的是，预测轴子的理论还预测，轴子可以在适当的条件下转化为光子。这是个好消息，因为我们擅长探测光子，这也正是ORGAN实验所做的。它设计了轴子光子转换的正确条件，并寻找微弱的光子信号。
　　照亮暗物质
　　轴子被认为在存在强磁场的情况下会转化为光子。在典型的光环仪中，我们使用称为超导螺线管的大电磁体产生这种磁场。在磁场内部，我们放置了一个或几个空心金属腔室，用于捕获光子并使它们在内部反弹，从而更容易检测到它们。
　　但是，有一个小问题。任何有温度的东西都会不断发出小的随机闪光。这些随机发射或噪声使我们更难检测到我们正在寻找的微弱暗物质信号。为了解决这个问题，我们将谐振器放置在稀释冰箱中。这个精美的冰箱将实验冷却到低温，大约273C，这大大降低了噪音。实验越冷，我们就越能听到暗物质转换过程中产生的微弱光子。
　　结果
　　一定质量的轴子会转换成一定频率或颜色的光子。但由于轴子的质量是未知的，因此实验必须针对不同的区域进行搜索，重点关注那些被认为更有可能存在暗物质的区域。如果没有发现暗物质信号，那么要么实验不够灵敏，无法听到高于噪声的信号，要么对应的轴子质量区域内没有暗物质。
　　当这种情况发生时，就设置了一个排除界限：在这个质量范围内，在这个灵敏度水平上，我们没有发现任何暗物质。这告诉暗物质研究界的其他人将他们的搜索转向其他地方。ORGAN是其目标频率范围内最敏感的实验。它最近的运行没有检测到暗物质信号。这一结果为轴子的可能特性设定了一个重要的排除界限。
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