Nonostante la sua massa evanescente, l'esistenza dell'assione, una volta provato, potrebbe puntare a una nuova fisica oltre il Modello Standard. Teorizzato per spiegare un problema di simmetria fondamentale nella forza nucleare forte associata allo squilibrio materia-antimateria nel nostro universo, questa ipotetica particella è anche un attraente candidato per la materia oscura. Sebbene gli assioni esistano in numero abbastanza grande da poter spiegare la massa "mancante" dall'universo, la ricerca di questa materia oscura è stata finora piuttosto impegnativa.

Gli scienziati ritengono che quando un assone interagisce con un campo magnetico, la sua energia verrebbe convertita in un fotone. Il fotone risultante dovrebbe essere da qualche parte nell'intervallo di frequenza delle microonde. Sperando di trovare la partita giusta per l'assone, gli sperimentali usano un rivelatore a microonde, un aloscopio cavità. Avendo un risonatore cilindrico posto in un solenoide, il campo magnetico che riempie la cavità aumenta il segnale. L'aloscopio consente inoltre agli scienziati di regolare continuamente la frequenza di risonanza della cavità. Però, il più sensibile esperimento di ricerca assiale, l'Axion Dark Matter eXperiment (ADMX) presso l'Università di Washington ha cercato regioni a bassa frequenza, al di sotto di 1 GHz, poiché la scansione di regioni a frequenza più elevata richiede un raggio di cavità più piccolo, con conseguente significativa perdita di volume e quindi meno segnale. (Figura 1-(2))

Un gruppo di ricerca, guidato dal Dr. YOUN SungWoo presso il Center for Axion and Precision Physics Research (CAPP) all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS) in Corea del Sud, ha sviluppato un nuovo design di cavità a più celle, soprannominata "cavità della pizza". Proprio come le pizze vengono tagliate in più fette, più partizioni dividono verticalmente il volume della cavità in pezzi identici (celle). Con quasi nessun volume da perdere, questo aloscopio a più celle consente l'uscita significativa della scansione della regione ad alta frequenza. (Figura 1-(5)). Sebbene ci fossero sforzi per raggruppare cavità più piccole e combinare segnali individuali con tutte le cavità sintonizzate alla stessa frequenza, la sua configurazione complicata e il meccanismo di corrispondenza della frequenza non banale sono stati colli di bottiglia. (Figura 1-(3)). "L'aloscopio con cavità per pizza presenta una configurazione del rilevatore più semplice e un meccanismo di corrispondenza di fase unico, nonché un volume di rilevamento più ampio rispetto al design multi-cavità convenzionale, " nota il dottor YOUN SungWoo, il corrispondente autore dello studio.

I ricercatori hanno dimostrato che la cavità a più celle era in grado di rilevare segnali ad alta frequenza con maggiore efficienza e affidabilità. In un esperimento utilizzando un magnete superconduttore 9T a una temperatura di 2 kelvin (-271 ° C), il team ha scansionato rapidamente una gamma di frequenze di> 200 MHz sopra 3 GHz, che è una regione 4~5 volte più alta di quella di ADMX che produce una maggiore sensibilità ai modelli teorici rispetto ai risultati precedenti ottenuti da altri esperimenti. Inoltre, questo nuovo design della cavità ha permesso ai ricercatori di esplorare una determinata gamma di frequenze quattro volte più velocemente di quanto potrebbe fare un esperimento convenzionale. "Fare le cose quattro volte più velocemente." Il dottor Youn aggiunge scherzosamente, "Utilizzando questo progetto di cavità a più celle, il nostro dottorato gli studenti dovrebbero essere in grado di laurearsi più velocemente di quelli di altri laboratori."

Ciò che rende questo design a più celle semplice da utilizzare è lo spazio tra le partizioni nel mezzo. Avendo tutte le celle collegate spazialmente, una singola antenna capta il segnale dall'intero volume. "Come un salva pizza mantiene intatte le fette di pizza con i suoi condimenti originali, il divario tra le cellule aiuta le cellule ad essere all'altezza del lavoro, " afferma il Dr. Youn. La singola antenna consente inoltre ai ricercatori di valutare se i campi elettromagnetici indotti dagli assioni sono distribuiti uniformemente in tutta la cavità, che si rivela fondamentale per ottenere il massimo volume effettivo. "Ancora, l'imprecisione e il disallineamento nella costruzione della cavità potrebbero ostacolare la sensibilità. Per quello, questo design a più celle consente di alleviarlo regolando la dimensione dello spazio nel mezzo, senza lasciare volume da sprecare, " spiega il dottor Youn.

Gli sforzi di due anni del team di ricerca hanno portato a un design ottimale per la ricerca a lungo cercata della materia oscura degli assioni nelle regioni ad alta frequenza. Il team sta cercando di incorporare diverse cavità a più celle nei sistemi esistenti al CAPP per estendere la banda di ricerca degli assioni alle regioni a frequenza più elevata di quelle attualmente esplorate.