Pimeä aine muodostaa noin 85 prosenttia maailmankaikkeuden kokonaisaineesta, ja kosmologit uskovat, että sillä oli tärkeä rooli galaksien muodostumisessa. Tiedämme tämän niin kutsutun galaktisen pimeän aineen sijainnin tähtitieteellisten tutkimusten ansiosta, jotka kartoittavat, kuinka kaukaisista galakseista tuleva valo taipuu kulkiessaan meitä kohti. Mutta toistaiseksi maapallon gravitaatiokenttään loukkuun jääneen pimeän aineen havaitsemisyritykset ovat tulleet tyhjin käsin, vaikka tämän tyyppistä pimeää ainetta – joka tunnetaan termistyneenä pimeänä aineena – pitäisi olla läsnä suurempia määriä.

Ongelmana on, että termisoitu pimeä aine kulkee paljon hitaammin kuin galaktinen pimeä aine, mikä tarkoittaa, että sen energia voi olla liian alhainen tavanomaisten instrumenttien havaitsemiseen. Fyysikot osoitteessa SLAC:n kansallinen laboratorio Yhdysvalloissa on nyt ehdotettu vaihtoehtoa, joka sisältää termisen pimeän aineen etsimisen täysin uudella tavalla käyttämällä suprajohtavista kvanttibitteistä (kubiteista) valmistettuja kvanttiantureita.

Täysin uusi lähestymistapa

Idea uudesta menetelmästä tuli SLAC:lta Nooa Kurinsky, joka työskenteli suunnitella uudelleen transmonikubitit aktiivisiksi sensoreiksi fotoneille ja fononeille. Transmonikubitit on jäähdytettävä lämpötilaan, joka on lähellä absoluuttista nollaa (-273 °C), ennen kuin ne muuttuvat tarpeeksi vakaiksi tallentamaan tietoja, mutta jopa näissä erittäin alhaisissa lämpötiloissa energiaa tulee usein uudelleen järjestelmään ja häiritsee kubittien kvanttitilat. Ei-toivotusta energiasta syytetään tyypillisesti epätäydellistä jäähdytyslaitetta tai jotain ympäristön lämmönlähdettä, mutta Kurinskylle tuli mieleen, että sillä voisi olla paljon mielenkiintoisempi alkuperä: ”Entä jos meillä on todellakin täysin kylmä järjestelmä ja miksi voimme "Se ei jäähdytä sitä tehokkaasti, koska sitä pommittaa jatkuvasti pimeä aine?"

Kun Kurinsky pohti tätä uutta mahdollisuutta, hänen SLAC-kollegansa Rebecca Leane kehitti uutta viitekehystä pimeän aineen odotetun tiheyden laskemiseksi maan sisällä. Näiden uusien laskelmien mukaan, jotka Leane suoritti Anirban Das (nyt tutkijatohtorin tutkija Soulin kansallisessa yliopistossa, Koreassa), tämä paikallinen pimeän aineen tiheys voi olla erittäin korkea maan pinnalla - paljon suurempi kuin aiemmin luultiin.

"Das ja minä olimme keskustelleet siitä, mitkä mahdolliset matalan kynnyksen laitteet voisivat tutkia tätä korkeaa ennustettua pimeän aineen tiheyttä, mutta koska meillä oli vähän aikaisempaa kokemusta tällä alalla, käännyimme Kurinskyn puoleen saadaksemme tärkeitä tietoja", Leane selittää. "Das suoritti sitten sirontalaskelmia uusilla työkaluilla, jotka mahdollistavat pimeän aineen sirontanopeuden laskemisen käyttämällä tietyn materiaalin fononin (hilavärähtely) rakennetta."

Matala energiakynnys

Tutkijat laskivat, että kvanttipimeän aineen anturi aktivoituu erittäin alhaisilla energioilla, vain yhdellä tuhannesosalla elektronvoltista (1 meV). Tämä kynnys on paljon matalampi kuin minkään vastaavan pimeän aineen ilmaisimen, ja se viittaa siihen, että kvanttipimeän aineen tunnistin voisi havaita matalaenergisen galaktisen pimeän aineen sekä lämpökäsitellyt pimeän aineen hiukkaset, jotka ovat loukussa Maan ympärillä.

Tutkijat myöntävät, että paljon työtä on jäljellä ennen kuin tällainen ilmaisin koskaan näkee päivänvalon. Ensinnäkin heidän on löydettävä paras materiaali sen tekemiseen. "Tarkastelimme aluksi alumiinia, ja se johtuu vain siitä, että se on luultavasti parhaiten kuvattu materiaali, jota on tähän mennessä käytetty ilmaisimissa", Leane sanoo. "Mutta voi käydä niin, että sellaiselle massaalueelle, jota tarkastelemme, ja sellaiselle ilmaisimelle, jota haluamme käyttää, ehkä on olemassa parempaa materiaalia."

Kosminen taistelu: sukella pimeän aineen ja muunnetun painovoiman väliseen taisteluun

Tutkijat pyrkivät nyt laajentamaan tuloksiaan laajempaan pimeän aineen mallien luokkaan. "Kokeellisella puolella Kurinskyn laboratorio testaa ensimmäistä kierrosta tarkoitukseen rakennettuja antureita, joiden tavoitteena on rakentaa parempia malleja kvasihiukkasten synnyttämisestä, rekombinaatiosta ja havaitsemisesta ja tutkia kvasihiukkasten termisaatiodynamiikkaa kubiteissa, mikä on vähän ymmärrettävää", Leane kertoo. Fysiikan maailma. "Suprajohteessa olevat kvasihiukkaset näyttävät jäähtyvän paljon vähemmän tehokkaasti kuin aiemmin on ajateltu, mutta kun näitä dynamiikkaa kalibroidaan ja mallinnetaan paremmin, tuloksista tulee vähemmän epävarmoja ja saatamme ymmärtää, kuinka tehdä herkempiä laitteita."

Tutkimus on kuvattu tarkemmin kohdassa Fyysisen tarkastelun kirjaimet.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/looking-for-dark-matter-differently/