Any Light Particle Search (ALPS) II
ALPS II (Any Light Particle Search II) sucht nach einer neuen Gruppe von Teilchen mit geringer Masse, den sogenannten axion-ähnlichen Teilchen. Diese könnten ein Bestandteil der dunklen Materie sein und andere Phänomene erklären, die das Standardmodell der Teilchenphysik nicht beschreibt. Das Experiment basiert auf einem Hochleistungslaser, Resonatoren mit hoher Finesse und supraleitenden Dipolmagneten. Es befindet sich unterirdisch am DESY in Hamburg. Das AEI Hannover stellt wesentliche Teile des experimentellen Aufbaus zur Verfügung und führt wegbereitende Laborexperimente durch.
Beiträge des AEI zu ALPS II
Der AEI-Beitrag zum ALPS II-Experiment umfasst das Erzeugungssystem, bestehend aus dem Hochleistungslaser-System, den Eingangsoptiken zur Einspeisung des Laserstrahls in den 122 Meter langen optischen Resonator vor der lichtdichten Wand. Darüber hinaus wurde eine Steuerelektronik entwickelt und getestet, die den Hochleistungslaser stabilisiert, um die Resonanzfrequenz des Resonators kontinuierlich anzupassen. Es wurden Laborexperimente durchgeführt, um das Verhalten der Regelkreise in der ALPS II-Umgebung vorherzusagen. Darüber hinaus trägt AEI-Personal zu den Inbetriebnahme-Aktivitäten des ALPS II-Experiments bei DESY bei.
Was sind axion-ähnliche Teilchen?
Axionen sind hypothetische Teilchen, die zunächst postuliert wurden, um ausbleibende Beobachtungen der Verletzung der Zeitumkehrinvarianz in der starken Wechselwirkung zu erklären. Später wurden sie auch als möglicher Bestandteil der kalten dunklen Materie entdeckt. Neben dem Axion gibt es noch einige andere Kandidaten für ähnliche „Weakly Interacting Sub-eV Particles“ (WISPs): axion-ähnliche Teilchen, sogenannte „hidden sector photons“ oder „minicharged particles“ mit geringer Masse.
Wie sucht man nach axion-ähnlichen Teilchen?
Axionen koppeln in Gegenwart von Magnetfeldern schwach an Photonen. Viele Experimente nutzen diese Wechselwirkung, um nach diesen hypothetischen Teilchen zu suchen. ALPS I hat und ALPS II wird den Ansatz „Licht, das durch eine Wand scheint“ verwenden. Licht (hier von einem Hochleistungslaser) wird durch ein starkes Magnetfeld geschickt, um so einige der Photonen in Axionen umzuwandeln. Da die hypothetischen Axionen nur schwach mit Materie wechselwirken, würden sie dann eine Wand durchdringen. Auf der anderen Seite dieser Barriere werden die Axionen in einem weiteren starken Magnetfeld wieder in Photonen umgewandelt.
Das ALPS II-Experiment
ALPS II ist ein „Licht-scheint-durch-eine-Wand“-Experiment zur Suche nach „Weakly Interacting Sub-eV Particles“ (WISPs). Es wird aus zwei 122 Meter langen optischen Resonatoren bestehen, zwischen denen eine lichtdichte Wand verhindert, dass Licht aus dem ersten Resonator in den zweiten gelangt. Das Licht, das in beiden Resonatoren zirkuliert, wird durch 100 Meter starke Magnetfelder (5,3 Tesla) laufen, die von supraleitenden Dipolmagneten des ehemaligen Teilchenbeschleunigers HERA erzeugt werden.
Der vorstabilisierte Hochleistungslaser (70 W bei 1064 nm), der in den Resonator eingespeist wird, wird die erforderliche Eingangsleistung liefern, um unser anfängliches Ziel von 150 kW Laserleistung zu erreichen, die im Resonator vor der Wand zirkuliert. Hinter der Wand wird ALPS II zwei verschiedene Nachweissysteme verwenden, um alle Axionen nachzuweisen, die in einem zweiten Resonator wieder in Photonen umgewandelt werden. Das eine ist ein Heterodyn-Detektor, das andere ein sogenannter „Transition-edge“-Sensor.
Insgesamt soll das ALPS II-Experiment eine höhere Empfindlichkeit erreichen, um die Wahrscheinlichkeit für den Nachweis von Axionen oder axion-ähnliche Teilchen zu erhöhen.
