Tra le particelle più promettenti ci sono gli assioni, che potrebbero avere una massa pari a solo un decimilionesimo di quella di un elettrone. In Corea del Sud, presso l'Istituto di Scienze di Base (IBS), è stato riunito un team di esperti per studiare e tentare di individuare gli assioni. Per gli esperimenti più recenti e avanzati, è stato scelto un digitalizzatore PCIe ad alta velocità di Spectrum Instrumentation. 

Si prevede che gli assioni si convertano in fotoni in presenza di un forte campo magnetico. Pertanto, il team coreano ha costruito un nuovo laboratorio che utilizza magneti super potenti per cercare di ricreare con precisione questo scenario. Il fenomeno viene ripreso tramite un aloscopio, che a sua volta utilizza un sistema di acquisizione dati (DAQ) veloce per catturare, analizzare e memorizzare i risultati.
Ricevitore CAPP w2Al CAPP, il Centro per la ricerca sugli assioni e la fisica di precisione dell'IBS, il piano è di condurre diversi esperimenti nel prossimo decennio per confermare l'esistenza degli assioni e, in definitiva, determinarne le proprietà. I ​​primi risultati sperimentali sono già disponibili. Il team del CAPP ha cercato assioni con una massa compresa tra 6,62 e 6,82 μeV, corrispondente a una frequenza tra 1,6 e 1,65 GHz. La ricerca è stata condotta utilizzando l'apparato CAPP mostrato in Figura 1. I ricercatori hanno dimostrato sperimentalmente, con un livello di confidenza del 90% – il risultato più sensibile in questo intervallo di massa fino ad oggi – che non esiste materia oscura assionica o particelle simili agli assioni in questo intervallo.
Un componente chiave del nuovo sistema di acquisizione dati del laboratorio è una scheda digitalizzatore PCIe Spectrum Instrumentation, modello M4i.4470-x8. Gli scienziati hanno scelto questa unità perché può campionare i segnali in ingresso su due canali simultaneamente, a velocità fino a 180 MS/s e con una risoluzione verticale di 16 bit. Inoltre, i dati raccolti possono essere trasmessi a un computer tramite il bus PCIe a una velocità di trasferimento superiore a 3 GB/s. Ciò significa che tutti i dati possono essere acquisiti e inviati al computer centrale senza alcuna perdita. La Figura 2 mostra un diagramma a blocchi della tipica configurazione sperimentale.

Il dottor ByeongRok Ko, ricercatore presso il CAPP, spiega: "Il nostro obiettivo era migliorare l'indice di merito nelle ricerche con aloscopi assionici, ovvero la velocità di scansione. In primo luogo, abbiamo raggiunto un'efficienza pratica di acquisizione dati (DAQ) superiore al 99% per un singolo canale, dove il processo DAQ include trasformate rapide di Fourier (FFT) online. Successivamente, utilizzando un mixer IQ e due canali DAQ paralleli, abbiamo implementato il rifiuto delle immagini basato su software senza sacrificare l'efficienza DAQ. Questo è più del doppio dell'efficienza delle configurazioni precedenti, che si basavano su un analizzatore di spettro convenzionale."

Il rifiuto dell'immagine è importante perché le ricerche con aloscopi di assioni utilizzano in genere un ricevitore eterodina che introduce rumore di fondo indesiderato. Pertanto, il rifiuto dell'immagine è essenziale per mantenere elevate velocità di scansione. In questo caso, il veloce sistema di acquisizione dati (DAQ) fornisce un rifiuto dell'immagine di circa 35 dB in una gamma di frequenza da 600 a 2200 MHz. "Ci sono due caratteristiche chiave della scheda digitalizzatore Spectrum che lo rendono possibile, ed è per questo che l'abbiamo scelta", afferma il Dr. ByeongRok Ko. "In primo luogo, la memoria integrata da 2 GSamples, che può essere utilizzata come buffer, e in secondo luogo, una modalità di trasferimento FIFO tramite l'interfaccia PCI Express x8 Gen2, che consente un flusso di dati continuo a velocità superiori a 3 GB/s."
Un'altra sfida per il sistema DAQ è l'elaborazione successiva dei dati. Questa include la conversione delle unità, la FFT online, la media e la scrittura degli spettri di potenza su disco. La FFT online domina il tempo di elaborazione successiva. Nella maggior parte dei casi, gli esperimenti con aloscopi di assioni richiedono dati a diverse frequenze di risonanza perché la massa dell'assione è sconosciuta. Inoltre, per diverse ragioni, i dati a ciascuna frequenza di risonanza possono essere suddivisi in più sottoinsiemi con timestamp differenti. In questi casi, l'elaborazione successiva può essere eseguita in parallelo durante l'acquisizione del set di dati successivo. Fortunatamente, Schema del ricevitore CAPP W1i digitalizzatori di Spectrum Instrumentation sono dotati di driver che supportano un'ampia gamma di linguaggi di programmazione, tra cui Python. Il modulo multiprocessing di Python è ideale per questo tipo di applicazione ed è stato successivamente utilizzato per dimostrare lo scenario descritto in precedenza.

Yannis K. Semertzidis, direttore del CAPP e professore al KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology), spiega: "Questo esperimento non è una corsa di 100 metri, ma il primo sprint di una maratona. Abbiamo imparato facendo e testato nuovi concetti che verranno utilizzati in sistemi di livello superiore in futuro". Il team ha dimostrato di poter raggiungere una sensibilità molto maggiore rispetto a tutti gli esperimenti precedenti nella gamma di frequenza target. Il piano ora è di ampliare gli esperimenti con sistemi più grandi.

Per accelerare il processo di ricerca, il team CAPP sta conducendo diversi esperimenti utilizzando varie configurazioni di sistema. BS-CAPP-Lab W2Ciò consente di concentrarsi in parallelo su diversi intervalli di massa degli assioni. La Figura 3 mostra una panoramica della sala sperimentale del CAPP con le sue diverse configurazioni sperimentali. I lettori interessati possono seguire i progressi sperimentali sul sito web del CAPP all'indirizzo https://capp.ibs.re.kr/html/capp_en/.
Un articolo di ricerca che descrive lo sviluppo del sistema di acquisizione dati (DAQ), insieme alle varie modalità di acquisizione e ai risultati dei test, è disponibile qui.