Másképpen keresi a sötét anyagot – Fizika világa

A sötét anyag az univerzum teljes anyagának mintegy 85 százalékát teszi ki, és a kozmológusok úgy vélik, hogy jelentős szerepet játszott a galaxisok kialakulásában. Ennek az úgynevezett galaktikus sötét anyagnak a helyét a csillagászati ​​felméréseknek köszönhetjük, amelyek feltérképezik, hogy a távoli galaxisokból érkező fény hogyan hajlik el felénk. Eddig azonban a Föld gravitációs mezejében rekedt sötét anyag kimutatására tett erőfeszítések üres kézzel történtek, még akkor is, ha az ilyen típusú sötét anyagnak – az úgynevezett termikus sötét anyagnak – nagyobb mennyiségben kellene jelen lennie.

A probléma az, hogy a termizált sötét anyag sokkal lassabban halad, mint a galaktikus sötét anyag, ami azt jelenti, hogy energiája túl alacsony lehet ahhoz, hogy a hagyományos műszerek észleljék. Fizikusok a SLAC Nemzeti Laboratórium Az Egyesült Államokban most egy alternatívát javasoltak, amely magában foglalja a termizált sötét anyag keresését teljesen új módon, szupravezető kvantumbitekből (qubit) készült kvantumérzékelők segítségével.

Teljesen új megközelítés

Az új módszer ötlete a SLAC-tól származik Noé Kurinsky, aki dolgozott transzmon qubitek újratervezése fotonok és fononok aktív szenzoraiként. A transzmon qubiteket abszolút nulla közeli hőmérsékletre (-273 °C) kell lehűteni, mielőtt elég stabillá válnának ahhoz, hogy információt tároljanak, de még ezeken a rendkívül alacsony hőmérsékleteken is gyakran újra belép az energia a rendszerbe, és megzavarja a qubitek kvantumállapotait. A nemkívánatos energiát általában a tökéletlen hűtőberendezések vagy a környezet valamilyen hőforrása okolják, de Kurinszkijnak eszébe jutott, hogy ennek sokkal érdekesebb eredete is lehet: „Mi van, ha valóban tökéletesen hideg rendszerünk van, és az oka annak, „Azért nem lehet hatékonyan lehűteni, mert folyamatosan bombázza a sötét anyag?”

Míg Kurinsky ezen az újszerű lehetőségen töprengett, SLAC kollégája Rebecca Leane új keretet dolgozott ki a Földön belüli sötét anyag várható sűrűségének kiszámítására. Ezen új számítások szerint, amivel Leane végzett Anirban Das (jelenleg a koreai Szöuli Nemzeti Egyetem posztdoktori kutatója) ez a lokális sötétanyag-sűrűség rendkívül magas lehet a Föld felszínén – sokkal magasabb, mint korábban gondolták.

„Das és én megvitattuk, hogy milyen lehetséges alacsony küszöbű eszközökkel vizsgálhatnák ezt a nagy előre jelzett sötétanyag-sűrűséget, de mivel kevés korábbi tapasztalatunk volt ezen a területen, Kurinsky-hoz fordultunk létfontosságú információkért” – magyarázza Leane. "Das ezután szórási számításokat végzett olyan új eszközökkel, amelyek lehetővé teszik a sötét anyag szórási sebességének kiszámítását egy adott anyag fonon (rácsrezgés) szerkezetével."

Alacsony energiaküszöb

A kutatók kiszámították, hogy egy kvantum-sötétanyag-érzékelő rendkívül alacsony, mindössze egy ezred elektronvolt (1 meV) energiánál aktiválódik. Ez a küszöb sokkal alacsonyabb, mint bármely hasonló sötétanyag-detektoré, és ez azt jelenti, hogy egy kvantum-sötétanyag-érzékelő képes érzékelni az alacsony energiájú galaktikus sötét anyagot, valamint a Föld körül csapdába esett termikus sötét anyag részecskéket.

A kutatók elismerik, hogy sok munka vár még hátra, mielőtt egy ilyen detektor valaha is napvilágot látna. Először is meg kell határozniuk a legjobb anyagot az elkészítéshez. „Először az alumíniumot vizsgáltuk, és ez csak azért van, mert valószínűleg ez a legjobban jellemzett anyag, amelyet eddig detektorokhoz használtak” – mondja Leane. "De kiderülhet, hogy az általunk vizsgált tömegtartományhoz és a használni kívánt detektorhoz talán van jobb anyag."

A kutatók most arra törekednek, hogy eredményeiket a sötét anyag modellek szélesebb osztályára is kiterjesszék. „Kísérleti oldalon Kurinsky laboratóriuma teszteli a célra épített szenzorok első körét, amelyek célja a kvázirészecske-generálás, a rekombináció és a detektálás jobb modelljei felépítése, valamint a kvázirészecskék qubitekben történő termizációs dinamikájának tanulmányozása, ami kevéssé érthető” – mondja Leane. Fizika Világa. "Úgy tűnik, hogy a szupravezetőben lévő kvázirészecskék sokkal kevésbé hatékonyan hűtenek le, mint azt korábban gondolták, de mivel ezeket a dinamikákat jobban kalibrálják és modellezik, az eredmények kevésbé lesznek bizonytalanok, és talán megértjük, hogyan készítsünk érzékenyebb eszközöket.”

A tanulmány részletesen a Fizikai áttekintés betűk.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/looking-for-dark-matter-differently/