Borrador: Haloscopio

Un haloscopio es un aparato experimental diseñado para detectar el axión, una partícula elemental teórica propuesta para resolver el problema CP fuerte en QCD, en nuestro halo galáctico. De ahí el nombre de haloscopio. La idea detrás de los haloscopios surge de la capacidad del axión de convertirse en fotones bajo la influencia de un campo magnético fuerte. Los haloscopios tienen como objetivo observar esta conversión de fotones y, al hacerlo, proporcionar evidencia directa de la existencia de axiones. Estos experimentos se centran particularmente en axiones dentro del rango de masa de unos pocos microelectronvoltios (μeV) a unos pocos milielectronvoltios (meV), en línea con las predicciones de ciertos modelos teóricos.

Historia

Principio de funcionamiento

El mecanismo de detección de un haloscopio depende de la propiedad teórica de los axiones de convertirse en fotones en presencia de un campo magnético intenso. Este fenómeno, conocido como efecto Primakoff , se produce cuando los axiones se acoplan a campos electromagnéticos. Un haloscopio suele estar formado por un potente imán superconductor, a menudo dispuesto en una configuración solenoidal, rodeado por una cavidad de microondas de gran sensibilidad.

Componentes clave:

Imán superconductor : el haloscopio requiere un campo magnético extremadamente fuerte, normalmente de varios teslas de potencia. Este imán sirve como medio para la conversión de axiones en fotones al facilitar la interacción entre axiones y fotones hipotéticos.
Cavidad de microondas : la cavidad, que suele estar hecha de materiales con bajas tasas de pérdida, se utiliza para resonar a frecuencias específicas. La frecuencia se puede ajustar en un rango, ya que es necesario sondear diferentes masas de axiones (que corresponden a frecuencias de fotones). Esta cavidad se mantiene a temperaturas criogénicas (cerca del cero absoluto) para minimizar el ruido térmico.
Enfriamiento criogénico : todo el aparato debe mantenerse a temperaturas criogénicas para reducir el ruido térmico y aumentar la sensibilidad del proceso de detección de fotones.
Amplificadores de bajo ruido : se espera que cualquier señal producida por la conversión de axión a fotón sea extremadamente débil. Se utilizan amplificadores especializados, como los amplificadores limitados cuánticamente, para amplificar la señal manteniendo su fidelidad.

Operación

El haloscopio está ajustado para escanear masas de axiones específicos ajustando la cavidad de microondas a diferentes frecuencias de resonancia. Cuando los axiones pasan a través del fuerte campo magnético dentro del haloscopio, pueden convertirse en fotones detectables a una frecuencia que coincide con su relación masa-energía. Estos fotones resonarían dentro de la cavidad de microondas y la señal resultante se amplifica y registra.

Experimentos relacionados

ADMX (Experimento de materia oscura Axion)

HAYSTAC (haloscopio de Yale sensible a la materia oscura fría de los axiones)