介绍
在阿尔伯塔大学，研究人员正致力于开发超灵敏设备以改进暗物质探测器技术。 这需要高精度测量，最初作为实验室原型，最终作为在线监测系统安装在地下 2 公里处。 Moku:Lab 的紧凑外形和多功能性使研究人员能够在各种环境中进行实验，以确定探测器对暗物质的灵敏度。
挑战
据估计，暗物质占我们宇宙质量的 80% 以上，但仍然是物理学中最大的谜团之一。 虽然它的存在是通过它对普通物质的引力效应推断出来的，但科学家们正在努力开发探测器技术，以期观察到暗物质粒子。 阿尔伯塔大学物理学助理教授 Marie-Cecile Piro 博士和她的团队与 NEWS-G（球体新实验 - 气体）实验合作，使用称为球形正比计数器的探测器，其中包含氖气和甲烷气体。
图 1：NEWS-G 实验的暗物质探测器安装在地下 2 公里的 SNOLAB 中（图片来自 NEWS-G 协作）。
暗物质与探测器相互作用的概率与探测器中的甲烷量直接相关。 “甲烷的量会影响探测器的灵敏度——即使是 1% 的差异也会很大——因此我们需要非常高精度的测量，”Piro 博士说。 “我们目前正在开发我的硕士学位。 学生 Carter Garrah，一种用于 ppb 级甲烷检测的激光光谱技术，能够在分析物理数据时提取我们对暗物质的敏感性。”
虽然原型测量系统的初始开发和表征将在 Piro 实验室完成，但最终它将与位于地下 2 公里处的主探测器一起部署，以保护实验免受宇宙射线的影响。 实时、持续监测探测器中的甲烷浓度对于确保探测器随时间的活性目标特性至关重要。
解决方案
阿尔伯塔大学的研究人员选择了 Moku:Lab，因为它集测量性能、灵活性和紧凑设计于一身。 Moku:Lab 的锁相放大器允许他们检测非常小的信号，以准确测量检测器中的甲烷水平。 内置示波器提供信号处理链中不同点的信号可视化，以排除故障或优化实验。 “这在调试期间非常有用，例如，了解任何问题并确定您需要的设置，”Piro 博士说。
图 2：原型激光光谱测量系统的框图。 来自检测器的气体通过 LAS 管循环，激光光谱用于检测甲烷浓度。 Moku:Lab 检测光电二极管输出信号并生成误差信号以驱动二极管激光器（图片来自 Carter Garrah）。
Moku:Lab 紧凑的外形使其易于在实验室中使用，并确保他们能够在系统准备就绪时部署它以监控主探测器。 使用 iPad 无线显示，他们可以在实验室中四处走动，同时控制测量结果。 当他们探索这个项目和相关项目的其他方面时，访问额外的集成工具也将被证明是有用的。
图 3：实验室中显示的激光光谱测量系统原型物理设置（图片来自 Carter Garrah）。
结果
在寻找暗物质的过程中，仍然存在许多谜团。 由于存在如此多的未知因素，配备实验室可能很困难，但 Piro 博士和团队期待着通过 Moku:Lab 探索可能性。 “拥有 Moku:Lab 将成为分析信号和监测气体浓度的资产，但我相信我们也会找到其他应用，”她说。 Moku:Lab 的高精度锁相放大器是确定 NEWS-G 探测器对暗物质灵敏度的重要设备，因为他们致力于更多地了解宇宙。
