Темна матерія становить приблизно 85 відсотків усієї матерії Всесвіту, і космологи вважають, що вона відіграла важливу роль у формуванні галактик. Ми знаємо розташування цієї так званої галактичної темної матерії завдяки астрономічним дослідженням, які показують, як світло від далеких галактик згинається, коли воно рухається до нас. Але поки що спроби виявити темну матерію, захоплену гравітаційним полем Землі, не дали результатів, хоча цей тип темної матерії, відомої як термалізована темна матерія, повинен бути присутнім у більшій кількості.

Проблема полягає в тому, що термалізована темна матерія рухається набагато повільніше, ніж галактична темна матерія, тобто її енергія може бути занадто низькою для виявлення звичайними інструментами. Фізики на Національна лабораторія SLAC у США запропонували альтернативу, яка передбачає пошук термалізованої темної матерії абсолютно по-новому, використовуючи квантові датчики, виготовлені з надпровідних квантових бітів (кубітів).

Абсолютно новий підхід

Ідея нового методу виникла у SLAC Ной Курінскі, який працював над переробка трансмон-кубітів як активних датчиків для фотонів і фононів. Трансмон-кубіти потрібно охолодити до температур, близьких до абсолютного нуля (-273 °C), перш ніж вони стануть достатньо стабільними для зберігання інформації, але навіть при цих надзвичайно низьких температурах енергія часто повертається в систему та порушує квантові стани кубітів. Небажану енергію зазвичай звинувачують у недосконалому охолоджувальному обладнанні або якомусь джерелі тепла в навколишньому середовищі, але Курінському спало на думку, що вона може мати набагато цікавіше походження: «А що, якщо у нас насправді ідеально холодна система, і чому ми можемо Чи не охолоджувати його ефективно через те, що його постійно бомбардує темна матерія?»

Поки Курінський обмірковував цю нову можливість, його колега з SLAC Ребекка Лін розробляв нову основу для розрахунку очікуваної щільності темної матерії всередині Землі. Відповідно до цих нових розрахунків, які провів Лін Анірбан Дас (зараз докторант Сеульського національного університету, Корея), ця місцева щільність темної матерії може бути надзвичайно високою на поверхні Землі – набагато вищою, ніж вважалося раніше.

«Ми з Дасом обговорювали, які можливі прилади з низьким порогом могли б досліджувати цю високу прогнозовану щільність темної матерії, але, маючи невеликий попередній досвід у цій галузі, ми звернулися до Курінського за життєво важливою інформацією», — пояснює Лін. «Далі Дас виконав обчислення розсіювання, використовуючи нові інструменти, які дозволяють розрахувати швидкість розсіювання темної матерії за допомогою фононної (вібрації гратки) структури даного матеріалу».

Низький енергетичний поріг

Дослідники підрахували, що квантовий датчик темної матерії буде активуватися при надзвичайно низьких енергіях лише однієї тисячної електронвольта (1 меВ). Цей поріг набагато нижчий, ніж у будь-якого аналогічного детектора темної матерії, і це означає, що квантовий датчик темної матерії може виявляти низькоенергетичну галактичну темну матерію, а також термалізовані частинки темної матерії, захоплені навколо Землі.

Дослідники визнають, що ще багато роботи, перш ніж такий детектор коли-небудь побачить світ. По-перше, їм доведеться визначити найкращий матеріал для його виготовлення. «Спочатку ми розглядали алюміній, і це лише тому, що це, мабуть, найкраще охарактеризований матеріал, який досі використовувався для детекторів», — каже Лін. «Але може виявитися, що для такого діапазону мас, який ми розглядаємо, і типу детектора, який ми хочемо використовувати, можливо, є кращий матеріал».

Тепер дослідники прагнуть поширити свої результати на більш широкий клас моделей темної матерії. «Щодо експериментальної сторони, лабораторія Курінського випробовує першу серію спеціально створених датчиків, які мають на меті побудувати кращі моделі генерації, рекомбінації та виявлення квазічастинок, а також вивчати динаміку термалізації квазічастинок у кубітах, що мало зрозуміло», — розповідає Лін. Світ фізики. "Квазічастинки в надпровіднику, здається, охолоджуються набагато менш ефективно, ніж вважалося раніше, але оскільки ця динаміка буде відкалібрована та змодельована краще, результати стануть менш невизначеними, і ми зможемо зрозуміти, як створити більш чутливі пристрої».

Дослідження детально описано в Physical Review Letters,.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/looking-for-dark-matter-differently/