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Searching for axion and axion-like-particle dark matter in the laboratory and with high-energy astrophysical observations

Descripción del proyecto

En busca de candidatos ligeros para la materia oscura

La materia oscura, que los científicos creen que representa más del 80 % de la materia en el universo, es uno de los misterios más esquivos en la física moderna. Los axiones ligeros y las partículas de tipo axión (ALP, por sus siglas en inglés) se encuentran entre los candidatos a materia oscura más conocidos que podrían detectarse mediante sus oscilaciones en los fotones en presencia de campos magnéticos. El objetivo del proyecto AxionDM, financiado con fondos europeos, es desarrollar nuevas tecnologías e ideas audaces de la ciencia de los materiales que puedan revolucionar la búsqueda de axiones de materia oscura y de ALP, además de usar las observaciones astronómicas para buscar señales complementarias. Las búsquedas astrofísicas se centrarán en observaciones de rayos gamma de alta energía con el telescopio de gran alcance Fermi, así como con la actual y futura imagenología atmosférica de los telescopios Cherenkov.

Objetivo

The nature of dark matter, which makes up more than 80% of the Universe's matter content, remains unknown. Light axions and axion-like particles (ALPs) are well motivated dark-matter candidates that could be detected through their oscillations into photons in the presence of magnetic fields. Here, complementary laboratory and astrophysical searches for dark-matter axions and ALPs are proposed that will cover more than 10 orders of magnitude of possible axion and ALP masses.
The astrophysical searches will focus on high-energy gamma-ray observations with the Fermi Large Area Telescope as well as current and future imaging air Cherenkov telescopes. Photon-ALP oscillations would cause features in the spectra of distant galaxies as well as gamma-ray bursts from core-collapse supernovae. Axion and ALP decay would also increase the opacity of the Universe for gamma rays. These signals will be searched for through novel comparisons of gamma-ray data and model predictions.
The laboratory searches will focus on contributions to the Any Light Particle Search (ALPS II) and International Axion Observatory (IAXO) experiments. New analysis and simulation frameworks, as well as trigger concepts, will be developed in order to significantly improve the background rejection for the Transition Edge Sensor (TES) detector employed in the ALPS experiment. These improvements could pave the way for an ALP detection in the laboratory with first data runs at the ALPS II experiment planned in 2021. Monte Carlo simulations will be used to assess whether TES detectors can achieve the low background rates required for IAXO. Such high energy resolution detectors could help to precisely measure the axion/ALP mass through mass-dependent spectral features.
Through an unprecedented investigation of axion and ALP signatures and by enhancing the sensitivity of future laboratory experiments, the proposed research will discover or rule out so-far unprobed dark-matter axions and ALPs.

Régimen de financiación

ERC-STG - Starting Grant

Institución de acogida

SYDDANSK UNIVERSITET
Aportación neta de la UEn
€ 770 380,50
Dirección
CAMPUSVEJ 55
5230 Odense M
Dinamarca

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Región
Danmark Syddanmark Fyn
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 770 380,50

Beneficiarios (2)