암흑물질을 다르게 찾아보기 - Physics World

암흑물질은 우주 전체 물질의 약 85%를 차지하며, 우주론자들은 암흑물질이 은하계 형성에 중요한 역할을 했다고 믿습니다. 우리는 먼 은하계의 빛이 우리를 향해 이동할 때 어떻게 휘어지는지를 보여주는 천문학적 조사 덕분에 소위 은하계 암흑 물질의 위치를 ​​알고 있습니다. 그러나 지금까지 지구 중력장 내에 갇힌 암흑 물질을 탐지하려는 노력은 열화된 암흑 물질로 알려진 이러한 유형의 암흑 물질이 더 많은 양으로 존재해야 함에도 불구하고 빈손으로 이루어졌습니다.

문제는 열화된 암흑물질이 은하계 암흑물질보다 훨씬 느리게 이동한다는 것입니다. 즉, 그 에너지가 기존 장비로 감지하기에는 너무 낮을 수 있다는 것입니다. 물리학자들은 SLAC 국립연구소 미국에서는 초전도 양자 비트(큐비트)로 만든 양자 센서를 사용하여 완전히 새로운 방식으로 열화된 암흑 물질을 검색하는 대안을 제안했습니다.

완전히 새로운 접근 방식

새로운 방법에 대한 아이디어는 SLAC의 아이디어에서 나왔습니다. 노아 쿠린스키, 작업 중이던 사람 트랜스몬 큐비트를 광자 및 포논용 활성 센서로 재설계. 트랜스몬 큐비트는 정보를 저장할 수 있을 만큼 안정되기 전에 절대 영도(-273°C)에 가까운 온도로 냉각되어야 합니다. 그러나 이렇게 극도로 낮은 온도에서도 에너지가 시스템에 다시 유입되어 큐비트의 양자 상태를 방해하는 경우가 많습니다. 원치 않는 에너지는 일반적으로 불완전한 냉각 장치나 환경의 일부 열원으로 인해 발생하지만 Kurinsky는 훨씬 더 흥미로운 원인이 있을 수 있다는 생각이 들었습니다. “실제로 완벽하게 차가운 시스템이 있다면 어떨까요? 암흑물질의 공격을 계속 받고 있기 때문에 효과적으로 냉각되지 않는 걸까요?”

Kurinsky가 이 새로운 가능성을 숙고하고 있는 동안 그의 SLAC 동료는 레베카 린 지구 내부 암흑 물질의 예상 밀도를 계산하기 위한 새로운 프레임워크를 개발하고 있었습니다. Leane이 수행한 새로운 계산에 따르면 아니르반 다스 (현재 한국 서울대학교 박사후 연구원), 이 국지적 암흑물질 밀도는 지구 표면에서 극도로 높을 수 있으며, 이는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 높습니다.

"Das와 나는 가능한 낮은 임계값 장치가 이렇게 높은 예측 암흑 물질 밀도를 조사할 수 있는지 논의하고 있었지만 이 분야에 대한 이전 경험이 거의 없었기 때문에 중요한 정보를 얻기 위해 Kurinsky를 선택했습니다."라고 Leane은 설명합니다. "그런 다음 Das는 주어진 물질의 포논(격자 진동) 구조를 사용하여 암흑 물질 산란 속도를 계산할 수 있는 새로운 도구를 사용하여 산란 계산을 수행했습니다."

낮은 에너지 임계값

연구진은 양자 암흑물질 센서가 전자볼트(1meV)의 XNUMX분의 XNUMX에 불과한 극히 낮은 에너지에서도 활성화될 것이라고 계산했습니다. 이 임계값은 유사한 암흑 물질 감지기의 임계값보다 훨씬 낮으며, 이는 양자 암흑 물질 센서가 저에너지 은하 암흑 물질뿐만 아니라 지구 주위에 갇힌 열화된 암흑 물질 입자를 감지할 수 있음을 의미합니다.

연구자들은 그러한 검출기가 세상의 빛을 보기까지는 아직 많은 연구가 남아 있음을 인정합니다. 우선, 그들은 그것을 만들기에 가장 적합한 재료를 식별해야 할 것입니다. “우리는 처음부터 알루미늄을 고려하고 있었는데, 그것은 아마도 지금까지 감지기에 사용된 재료 중 가장 특성이 뛰어난 재료일 것이기 때문입니다.”라고 Leane은 말합니다. "그러나 우리가 보고 있는 질량 범위와 사용하려는 검출기의 종류에 따라 더 나은 재료가 있을 수 있다는 것이 밝혀질 수 있습니다."

연구원들은 이제 그들의 결과를 더 넓은 종류의 암흑 물질 모델로 확장하는 것을 목표로 하고 있습니다. "실험 측면에서 Kurinsky 연구실은 준입자 생성, 재조합 및 감지에 대한 더 나은 모델을 구축하고 거의 이해되지 않은 큐비트 내 준입자의 열화 역학을 연구하는 것을 목표로 하는 목적으로 제작된 센서의 첫 번째 라운드를 테스트하고 있습니다."라고 Leane은 말합니다. 물리 세계. '초전도체의 준입자는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 덜 효율적으로 냉각되는 것 같습니다.그러나 이러한 역학이 더 잘 보정되고 모델링되면 결과의 불확실성이 줄어들고 더 민감한 장치를 만드는 방법을 이해할 수 있을 것입니다.”

이 연구는 피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters).

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• 출처: https://physicsworld.com/a/looking-for-dark-matter-differently/