מחפשים חומר אפל אחרת - עולם הפיזיקה

החומר האפל מהווה כ-85% מכלל החומר של היקום, וקוסמולוגים מאמינים שהוא מילא תפקיד מרכזי ביצירת גלקסיות. אנו יודעים את מיקומו של החומר האפל כביכול גלקטי זה הודות לסקרים אסטרונומיים הממפים כיצד אור מגלקסיות רחוקות מתכופף כשהוא נוסע לעברנו. אבל עד כה, המאמצים לזהות חומר אפל שנלכד בתוך שדה הכבידה של כדור הארץ עלו בידיים ריקות, למרות שסוג זה של חומר אפל - המכונה חומר אפל תרמיס - אמור להיות נוכח בכמויות גדולות יותר.

הבעיה היא שחומר אפל תרמי נע בהרבה יותר לאט מחומר אפל גלקטי, כלומר האנרגיה שלו עשויה להיות נמוכה מדי עבור מכשירים קונבנציונליים לגלות. פיזיקאים ב- המעבדה הלאומית של SLAC בארה"ב הציעו כעת אלטרנטיבה הכוללת חיפוש אחר חומר אפל מחומם בדרך חדשה לחלוטין, באמצעות חיישנים קוונטיים העשויים מביטים קוונטיים מוליכים-על (קווביטים).

גישה חדשה לגמרי

הרעיון לשיטה החדשה הגיע מ-SLAC's נח קורינסקי, שעבד עליו תכנון מחדש של קיוביטים של טרנסמון כחיישנים פעילים עבור פוטונים ופונונים. יש לקרר את הקיוביטים של טרנסמון לטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט (-273 מעלות צלזיוס) לפני שהם הופכים יציבים מספיק כדי לאחסן מידע, אבל אפילו בטמפרטורות נמוכות במיוחד אלה, אנרגיה חוזרת ונכנסת למערכת ומשבשת את המצבים הקוונטיים של הקיוביטים. האנרגיה הלא רצויה מואשמת בדרך כלל במנגנון קירור לא מושלם או מקור חום כלשהו בסביבה, אבל עלה בדעתו של קורינסקי שיכול להיות לה מקור הרבה יותר מעניין: "מה אם בעצם יש לנו מערכת קרה לחלוטין, והסיבה לכך שאנחנו יכולים לא לקרר אותו ביעילות בגלל שהוא מופגז כל הזמן על ידי חומר אפל?"

בזמן שקורינסקי שקל את האפשרות החדשה הזו, עמיתו ל-SLAC רבקה לין פיתח מסגרת חדשה לחישוב הצפיפות הצפויה של החומר האפל בתוך כדור הארץ. לפי החישובים החדשים האלה, שליאן ביצעה איתם Anirban Das (כיום חוקר פוסט-דוקטורט באוניברסיטה הלאומית של סיאול, קוריאה), צפיפות חומר אפל מקומית זו עלולה להיות גבוהה במיוחד על פני כדור הארץ - הרבה יותר ממה שחשבו בעבר.

"דאס ואני דנו באילו מכשירים אפשריים עם סף נמוך יכולים לחקור את צפיפות החומר האפל החזויה הגבוהה הזו, אבל עם מעט ניסיון קודם בתחום זה, פנינו לקורינסקי לקבלת קלט חיוני", מסביר ליאן. "דאס ביצע אז חישובי פיזור באמצעות כלים חדשים המאפשרים לחשב את קצב פיזור החומר האפל באמצעות מבנה הפונון (רטט הסריג) של חומר נתון."

סף אנרגיה נמוך

החוקרים חישבו שחיישן חומר אפל קוונטי יופעל באנרגיות נמוכות במיוחד של אלפית האלקטרון-וולט בלבד (1 meV). סף זה נמוך בהרבה מזה של כל גלאי חומר אפל דומה, והוא מרמז שחיישן חומר אפל קוונטי יכול לזהות חומר אפל גלקטי בעל אנרגיה נמוכה, כמו גם חלקיקי חומר אפל תרמי שנלכדו סביב כדור הארץ.

החוקרים מודים כי נותרה עבודה רבה לפני שגלאי כזה יראה את אור היום. ראשית, הם יצטרכו לזהות את החומר הטוב ביותר להכנתו. "חיפשנו אלומיניום מלכתחילה, וזה רק בגלל שזה כנראה החומר המאופיין ביותר ששימש לגלאים עד כה", אומר ליאן. "אבל יכול להתברר שעבור סוג טווח המסה שאנחנו מסתכלים עליו, וסוג הגלאי שאנחנו רוצים להשתמש בו, אולי יש חומר טוב יותר."

החוקרים שואפים כעת להרחיב את תוצאותיהם למעמד רחב יותר של מודלים של חומר אפל. "בצד הניסוי, המעבדה של קורינסקי בוחנת את הסיבוב הראשון של חיישנים ייעודיים שמטרתם לבנות מודלים טובים יותר של יצירת קוואזי-חלקיקים, ריקומבינציה וזיהוי ולחקור את דינמיקת התרמיליזציה של קוואזי-חלקיקים בקיוביטים, משהו שמעט מובן", אומר ליאן. עולם הפיזיקה. 'נראה שקוואזי-חלקיקים במוליך-על מתקררים בצורה הרבה פחות יעילה ממה שחשבו בעבר, אבל ככל שהדינמיקה הזו מכוילת ומעצבת בצורה טובה יותר, התוצאות יהפכו פחות לא ודאיות ואולי נבין איך מייצרים מכשירים רגישים יותר".

המחקר מפורט ב מכתבי סקירה פיזית.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/looking-for-dark-matter-differently/