สสารมืดคิดเป็นประมาณร้อยละ 85 ของสสารทั้งหมดในจักรวาล และนักจักรวาลวิทยาเชื่อว่าสสารมืดมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของกาแลคซี เรารู้ตำแหน่งของสิ่งที่เรียกว่าสสารมืดของกาแลคซีนี้ด้วยการสำรวจทางดาราศาสตร์ที่ทำแผนที่ว่าแสงจากกาแลคซีที่อยู่ไกลออกไปโค้งงออย่างไรขณะเดินทางมาหาเรา แต่จนถึงขณะนี้ ความพยายามในการตรวจจับสสารมืดที่ติดอยู่ภายในสนามโน้มถ่วงของโลกเกิดขึ้นด้วยมือเปล่า แม้ว่าสสารมืดชนิดนี้ซึ่งเรียกว่าสสารมืดที่ให้ความร้อนควรจะมีอยู่ในปริมาณที่มากขึ้นก็ตาม

ปัญหาคือสสารมืดที่ถูกทำให้ร้อนเดินทางช้ากว่าสสารมืดในกาแลคซีมาก ซึ่งหมายความว่าพลังงานของมันอาจต่ำเกินกว่าที่เครื่องมือทั่วไปจะตรวจจับได้ นักฟิสิกส์ที่ ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ SLAC ขณะนี้ในสหรัฐอเมริกาได้เสนอทางเลือกที่เกี่ยวข้องกับการค้นหาสสารมืดที่ถูกทำให้ร้อนในรูปแบบใหม่ทั้งหมด โดยใช้เซ็นเซอร์ควอนตัมที่ทำจากบิตควอนตัมที่มีตัวนำยิ่งยวด (qubits)

แนวทางใหม่ทั้งหมด

แนวคิดสำหรับวิธีการใหม่นี้มาจาก SLAC โนอาห์ คูรินสกี้ซึ่งกำลังทำงานอยู่ การออกแบบทรานส์มอนคิวบิตใหม่ให้เป็นเซ็นเซอร์แบบแอคทีฟสำหรับโฟตอนและโฟนัน- คิวบิตของทรานส์มอนจะต้องถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ (- 273 °C) ก่อนที่จะเสถียรเพียงพอที่จะจัดเก็บข้อมูล แต่แม้ที่อุณหภูมิต่ำมาก พลังงานมักจะกลับเข้าสู่ระบบอีกครั้ง และรบกวนสถานะควอนตัมของคิวบิต โดยทั่วไปแล้วพลังงานที่ไม่พึงประสงค์มักถูกตำหนิว่ามาจากอุปกรณ์ทำความเย็นที่ไม่สมบูรณ์หรือแหล่งความร้อนบางส่วนในสิ่งแวดล้อม แต่คุรินสกีก็คิดขึ้นมาว่าพลังงานดังกล่าวอาจมีต้นกำเนิดที่น่าสนใจกว่านั้นมาก: “จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเรามีระบบเย็นสมบูรณ์แบบจริง ๆ และเหตุผลที่เราทำได้ การไม่ทำให้มันเย็นลงอย่างมีประสิทธิภาพก็เพราะมันถูกโจมตีด้วยสสารมืดอยู่ตลอดเวลา?”

ขณะที่คูรินสกีกำลังไตร่ตรองความเป็นไปได้ใหม่นี้ เพื่อนร่วมงาน SLAC ของเขา รีเบคก้า ลีน กำลังพัฒนากรอบการทำงานใหม่สำหรับการคำนวณความหนาแน่นที่คาดหวังของสสารมืดภายในโลก ตามการคำนวณใหม่เหล่านี้ซึ่งลีนได้ดำเนินการด้วย อนิรบานดาส (ปัจจุบันเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยแห่งชาติโซล ประเทศเกาหลี) ความหนาแน่นของสสารมืดในท้องถิ่นนี้อาจสูงมากที่พื้นผิวโลก ซึ่งสูงกว่าที่คิดไว้มาก

“ดาสกับฉันได้คุยกันว่าอุปกรณ์ขีดจำกัดต่ำที่เป็นไปได้ใดสามารถตรวจสอบความหนาแน่นของสสารมืดที่คาดการณ์ไว้สูงนี้ได้ แต่ด้วยประสบการณ์เพียงเล็กน้อยในด้านนี้ เราจึงหันไปหาคูรินสกีเพื่อรับข้อมูลสำคัญ” ลีนอธิบาย จากนั้นดาสก็ทำการคำนวณการกระเจิงโดยใช้เครื่องมือใหม่ที่ช่วยให้สามารถคำนวณอัตราการกระเจิงของสสารมืดได้โดยใช้โครงสร้างโฟนอน (การสั่นสะเทือนแบบตาข่าย) ของวัสดุที่กำหนด

เกณฑ์พลังงานต่ำ

นักวิจัยคำนวณว่าเซ็นเซอร์สสารมืดควอนตัมจะทำงานที่พลังงานต่ำมากเพียงหนึ่งในพันของอิเล็กตรอนโวลต์ (1 เมกะไบต์) เกณฑ์นี้ต่ำกว่าเครื่องตรวจจับสสารมืดใดๆ ที่เทียบเคียงได้มาก และหมายความว่าเซ็นเซอร์สสารมืดควอนตัมสามารถตรวจจับสสารมืดกาแล็กซีพลังงานต่ำได้ เช่นเดียวกับอนุภาคสสารมืดที่ให้ความร้อนที่ติดอยู่รอบโลก

นักวิจัยรับทราบว่ายังมีงานอีกมากก่อนที่เครื่องตรวจจับดังกล่าวจะมองเห็นแสงสว่างในตอนกลางวัน ประการแรก พวกเขาจะต้องระบุวัสดุที่ดีที่สุดในการทำมัน “เราเริ่มมองหาอะลูมิเนียมตั้งแต่แรก และนั่นอาจเป็นเพราะว่านั่นอาจเป็นวัสดุที่โดดเด่นที่สุดที่เคยใช้สำหรับเครื่องตรวจจับมาจนถึงตอนนี้” ลีนกล่าว “แต่ปรากฎว่าสำหรับช่วงมวลที่เรากำลังดูอยู่ และประเภทของเครื่องตรวจจับที่เราต้องการใช้ บางทีอาจมีวัสดุที่ดีกว่า”

ขณะนี้นักวิจัยตั้งเป้าที่จะขยายผลการวิจัยไปสู่แบบจำลองสสารมืดในระดับที่กว้างขึ้น “ในด้านการทดลอง ห้องแล็บของ Kurinsky กำลังทดสอบเซ็นเซอร์ที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะรอบแรกซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างแบบจำลองที่ดีขึ้นของการสร้าง quasiparticle การรวมตัวกันใหม่และการตรวจจับ และศึกษาพลวัตของการให้ความร้อนของ quasiparticle ในหน่วย qubit ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่ค่อยมีใครเข้าใจ” Leane กล่าว โลกฟิสิกส์. "Quasiparticles ในตัวนำยิ่งยวดดูเหมือนจะเย็นลงอย่างมีประสิทธิภาพน้อยกว่าที่คิดไว้มากแต่เนื่องจากไดนามิกเหล่านี้ได้รับการปรับเทียบและจำลองให้ดีขึ้น ผลลัพธ์ก็มีความไม่แน่นอนน้อยลง และเราอาจเข้าใจวิธีสร้างอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนมากขึ้น”

รายละเอียดการศึกษาอยู่ใน จดหมายทางกายภาพความคิดเห็น.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/looking-for-dark-matter-differently/