Materi gelap membentuk sekitar 85 persen dari total materi di alam semesta, dan para kosmolog percaya bahwa materi gelap memainkan peran utama dalam pembentukan galaksi. Kita mengetahui lokasi materi gelap galaksi ini berkat survei astronomi yang memetakan bagaimana cahaya dari galaksi jauh membelok saat bergerak menuju kita. Namun sejauh ini, upaya untuk mendeteksi materi gelap yang terperangkap dalam medan gravitasi bumi tidak membuahkan hasil, padahal jenis materi gelap ini – yang dikenal sebagai materi gelap termal – seharusnya ada dalam jumlah yang lebih besar.
Masalahnya adalah materi gelap yang mengalami thermalisasi bergerak jauh lebih lambat dibandingkan materi gelap galaksi, yang berarti energinya mungkin terlalu rendah untuk dideteksi oleh instrumen konvensional. Fisikawan di Laboratorium Nasional SLAC di AS kini telah mengusulkan alternatif yang melibatkan pencarian materi gelap termal dengan cara yang benar-benar baru, menggunakan sensor kuantum yang terbuat dari bit kuantum superkonduktor (qubit).
Pendekatan yang sepenuhnya baru
Ide untuk metode baru ini datang dari SLAC Nuh Kurinsky, yang sedang mengerjakan merancang ulang qubit transmon sebagai sensor aktif untuk foton dan fonon. Qubit transmon perlu didinginkan hingga suhu mendekati nol mutlak (-273 °C) sebelum menjadi cukup stabil untuk menyimpan informasi, namun bahkan pada suhu yang sangat rendah ini, energi sering kali masuk kembali ke sistem dan mengganggu keadaan kuantum qubit. Energi yang tidak diinginkan ini biasanya disebabkan oleh peralatan pendingin yang tidak sempurna atau sumber panas di lingkungan, namun Kurinsky berpikir bahwa asal usulnya mungkin jauh lebih menarik: “Bagaimana jika kita benar-benar memiliki sistem yang sangat dingin, dan alasan kita dapat tidak mendinginkannya secara efektif karena terus-menerus dibombardir oleh materi gelap?”
Sementara Kurinsky memikirkan kemungkinan baru ini, rekannya di SLAC Rebecca Leane sedang mengembangkan kerangka kerja baru untuk menghitung perkiraan kepadatan materi gelap di dalam Bumi. Berdasarkan perhitungan baru yang dilakukan Leane Anirban Das (sekarang menjadi peneliti pascadoktoral di Universitas Nasional Seoul, Korea), kepadatan materi gelap lokal di permukaan bumi bisa jadi sangat tinggi – jauh lebih tinggi dari perkiraan sebelumnya.
“Das dan saya telah mendiskusikan kemungkinan perangkat dengan ambang batas rendah yang dapat menyelidiki prediksi kepadatan materi gelap yang tinggi ini, namun dengan sedikit pengalaman sebelumnya di bidang ini, kami beralih ke Kurinsky untuk mendapatkan masukan penting,” jelas Leane. “Das kemudian melakukan penghitungan hamburan menggunakan alat baru yang memungkinkan laju hamburan materi gelap dihitung menggunakan struktur fonon (getaran kisi) dari material tertentu.”
Ambang batas energi rendah
Para peneliti menghitung bahwa sensor materi gelap kuantum akan aktif pada energi yang sangat rendah, hanya seperseribu elektronvolt (1 meV). Ambang batas ini jauh lebih rendah dibandingkan detektor materi gelap sejenis lainnya, dan ini menyiratkan bahwa sensor materi gelap kuantum dapat mendeteksi materi gelap galaksi berenergi rendah serta partikel materi gelap termal yang terperangkap di sekitar Bumi.
Para peneliti mengakui bahwa masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan sebelum detektor semacam itu terungkap. Pertama, mereka harus mengidentifikasi bahan terbaik untuk membuatnya. “Kami awalnya mencari aluminium, dan itu karena aluminium mungkin merupakan material dengan karakteristik terbaik yang telah digunakan untuk detektor sejauh ini,” kata Leane. “Tetapi ternyata untuk rentang massa yang kita lihat, dan jenis detektor yang ingin kita gunakan, mungkin ada bahan yang lebih baik.”
Pertarungan kosmik: menyelidiki pertarungan antara materi gelap dan gravitasi yang dimodifikasi
Para peneliti sekarang bertujuan untuk memperluas hasil mereka ke kelas model materi gelap yang lebih luas. “Di sisi eksperimental, laboratorium Kurinsky sedang menguji putaran pertama sensor yang dibuat khusus yang bertujuan untuk membangun model generasi kuasipartikel, rekombinasi dan deteksi yang lebih baik serta mempelajari dinamika termalisasi kuasipartikel dalam qubit, sesuatu yang kurang dipahami,” kata Leane. Dunia Fisika. 'Partikel kuasi dalam superkonduktor tampaknya mendingin dengan kurang efisien dibandingkan perkiraan sebelumnya, namun seiring dinamika ini dikalibrasi dan dimodelkan dengan lebih baik, ketidakpastian yang dihasilkan akan berkurang dan kami mungkin memahami cara membuat perangkat yang lebih sensitif.”
Studi ini dirinci dalam Physical Review Letters.
- Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
- PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
- PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
- PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
- PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
- Sumber: https://physicsworld.com/a/looking-for-dark-matter-differently/
