為了幫助解釋宇宙中星系等大尺度結(jié)構(gòu)的形成,、演化和行為,,科學家們預(yù)測了暗物質(zhì)的存在。事實上,,理論表明,,宇宙實際上可能包含比普通物質(zhì)多五倍的暗物質(zhì),!雖然暗物質(zhì)的實際構(gòu)成問題仍未得到解答,,但科學家們已經(jīng)確定了許多候選粒子。一些更有希望的是軸子,,可能只是電子質(zhì)量的十萬億分之一,。在韓國的基礎(chǔ)科學研究所(IBS),他們組建了一個專家小組來研究并試圖尋找軸子Spectrum Instrumentation的快速PCIe數(shù)字化儀被選為最新和最先進的實驗,。
據(jù)預(yù)測,,軸子將在強磁場存在下轉(zhuǎn)化為光子。因此,,韓國團隊建立了一個新的實驗室,,使用超強磁鐵來嘗試創(chuàng)建精確的場景。使用光環(huán)鏡對現(xiàn)象進行成像,,而光環(huán)鏡又使用快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAQ)來捕獲,,分析和存儲結(jié)果。
在IBS軸向和精密物理研究中心CAPP,,計劃在未來十年內(nèi)進行各種實驗,,以確認軸子的存在并最終確定其性質(zhì)。第一個實驗結(jié)果已經(jīng)出來了,。CAPP的團隊已經(jīng)搜索了質(zhì)量在6.62和6.82μeV之間的軸子,,對應(yīng)于1.6和1.65GHz之間的頻率。使用上圖所示的CAPP設(shè)備進行搜索,。研究人員以90%的置信水平通過實驗表明,,這是迄今為止質(zhì)量范圍內(nèi)最敏感的結(jié)果,在該范圍內(nèi)沒有軸子暗物質(zhì)或軸子狀粒子,。
實驗室最近實施的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個關(guān)鍵組件是型號為M4i.4470-x8的頻譜儀器PCIe數(shù)字化儀卡,。科學家們選擇了這個單元,,因為它可以同時對兩個通道上的輸入信號進行采樣,,速率高達180 MS / s,垂直分辨率為16位,。重要的是,,收集的數(shù)據(jù)可以通過 PCIe 總線以超過 3 GB/s 的傳輸速度流式傳輸?shù)接嬎銠C。這意味著可以獲取所有數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到主機,,而不會丟失任何數(shù)據(jù),。右側(cè)顯示了典型實驗設(shè)置的框圖。
CAPP研究員ByeongRok Ko博士解釋說:“我們的目標是提高軸子光環(huán)鏡搜索的品質(zhì)因數(shù),,即掃描速率,。首先,我們 實現(xiàn) 單 通道 的 實際 DAQ 效率 超過 99%,, 其中 DAQ 過程包括在線快速傅里葉變換 (FFT),。然后,,使用IQ混頻器和兩個并行的DAQ 通道, 我們實現(xiàn)了基于軟件的圖像抑制,, 而不會損失 DAQ 效率,。這是早期設(shè)置效率的兩倍多,早期設(shè)置基于使用傳統(tǒng)頻譜分析儀,。
圖像抑制很重要,,因為軸子光環(huán)鏡搜索通常使用外差接收器,這會引入不需要的圖像背景,。因此,,鏡像抑制對于保持高掃描速率至關(guān)重要。在這種情況下,,快速DAQ系統(tǒng)在600至2200 MHz的頻率范圍內(nèi)提供約35 dB的鏡像抑制,。 “Spectrum數(shù)字化儀卡有兩個重要功能可以實現(xiàn)這一點,這就是我們選擇它的原因,,”ByeongRok Ko博士說,。“首先,,2 GSamples的板載內(nèi)存可用作緩沖區(qū),,其次,通過PCI Express x8 Gen2接口的FIFO傳輸模式,,允許以大于3GB/s的速度連續(xù)數(shù)據(jù)流,。
DAQ 系統(tǒng)的另一 挑戰(zhàn)是數(shù)據(jù)的后處理。這包括單位轉(zhuǎn)換,、在線 FFT,、平均以及將功率譜寫入磁盤存儲。在線FFT主導了后處理時間,。在大多數(shù)情況下,,軸子光環(huán)儀實驗需要不同共振頻率的數(shù)據(jù),因為軸子質(zhì)量未知,。此外,,由于各種原因,每個諧振頻率的數(shù)據(jù)可以在不同的時間戳下分為幾個子集,。在這種情況下,,可以在采集下一個數(shù)據(jù)時并行執(zhí)行后處理。幸運的是,,Spectrum Instrumentation數(shù)字化儀帶有支持各種編程語言的驅(qū)動程序,,其中之一是Python,。Python 的多處理模塊非常適合這種類型的應(yīng)用程序,,隨后用于演示上述場景,。
CAPP主任兼KAIST(韓國科學技術(shù)高級研究所)教授Yannis K. Semertzidis解釋說:“這個實驗不是100米短跑,而是馬拉松跑步的第一個目標,。我們在實踐中學習,,并測試了未來在更高級別的系統(tǒng)中使用的新概念。該團隊證明,,他們可以達到比以前在目標頻率范圍內(nèi)進行的所有其他實驗更好的靈敏度?,F(xiàn)在的計劃是用更大的系統(tǒng)擴大他們的實驗
為了加快搜索過程,CAPP 的團隊現(xiàn)在使用各種系統(tǒng)設(shè)計進行多個實驗,。這允許并行針對不同的軸子質(zhì)量范圍,。圖 3 顯示了 CAPP 實驗大廳及其多個實驗裝置的全景圖。有興趣的讀者可以在CAPP網(wǎng)站上關(guān)注實驗進展,。
北京坤馳科技是德國Spectrum的官方代理商,,主營高速采集卡,從業(yè)多年,,經(jīng)驗豐富,,如果您有相關(guān)產(chǎn)品需求或者是想了解其他更多內(nèi)容,歡迎您前往官網(wǎng)查看:m.jtyykv.cn,,您也可以直接聯(lián)系我們,。