Căutând materia întunecată diferit – Lumea Fizicii

Materia întunecată reprezintă aproximativ 85% din materia totală a universului, iar cosmologii cred că a jucat un rol major în formarea galaxiilor. Cunoaștem locația acestei așa-numite materie întunecată galactică datorită cercetărilor astronomice care cartografiază modul în care lumina din galaxiile îndepărtate se îndoaie în timp ce călătorește spre noi. Dar până acum, eforturile de a detecta materia întunecată prinsă în câmpul gravitațional al Pământului au venit cu mâinile goale, chiar dacă acest tip de materie întunecată – cunoscută sub numele de materie întunecată termicizată – ar trebui să fie prezent în cantități mai mari.

Problema este că materia întunecată termică călătorește mult mai lent decât materia întunecată galactică, ceea ce înseamnă că energia sa poate fi prea mică pentru ca instrumentele convenționale să poată fi detectate. Fizicienii de la Laboratorul Naţional SLAC în SUA au propus acum o alternativă care implică căutarea materiei întunecate termicizate într-un mod cu totul nou, folosind senzori cuantici fabricați din biți cuantici supraconductori (qubiți).

O abordare complet nouă

Ideea pentru noua metodă a venit de la SLAC Noah Kurinsky, care lucra la reproiectarea qubiților transmoni ca senzori activi pentru fotoni și fononi. Qubiții transmoni trebuie răciți la temperaturi aproape de zero absolut (- 273 °C) înainte de a deveni suficient de stabili pentru a stoca informații, dar chiar și la aceste temperaturi extrem de scăzute, energia reintră adesea în sistem și perturbă stările cuantice ale qubiților. Energia nedorită este de obicei pusă pe seama aparatului de răcire imperfect sau a unei surse de căldură din mediul înconjurător, dar lui Kurinsky i s-a gândit că ar putea avea o origine mult mai interesantă: „Dar dacă avem de fapt un sistem perfect rece și motivul pentru care putem Nu se răcește eficient pentru că este bombardat în mod constant de materia întunecată?

În timp ce Kurinsky se gândea la această nouă posibilitate, colegul său SLAC Rebecca Leane dezvolta un nou cadru pentru calcularea densității așteptate a materiei întunecate în interiorul Pământului. Conform acestor noi calcule, cu care Leane a efectuat Anirban Das (acum cercetător postdoctoral la Universitatea Națională din Seul, Coreea), această densitate locală a materiei întunecate ar putea fi extrem de mare la suprafața Pământului – mult mai mare decât se credea anterior.

„Das și cu mine am discutat despre ce posibile dispozitive cu prag scăzut ar putea sonda această densitate ridicată a materiei întunecate, dar cu puțină experiență anterioară în acest domeniu, ne-am apelat la Kurinsky pentru o contribuție vitală”, explică Leane. „Das a efectuat apoi calcule de împrăștiere folosind noi instrumente care permit ca rata de împrăștiere a materiei întunecate să fie calculată folosind structura fononului (vibrația rețelei) a unui material dat.”

Prag de energie scăzut

Cercetătorii au calculat că un senzor cuantic de materie întunecată s-ar activa la energii extrem de scăzute de doar o miime de electronvolt (1 meV). Acest prag este mult mai mic decât cel al oricărui detector de materie întunecată comparabil și implică faptul că un senzor cuantic de materie întunecată ar putea detecta materia întunecată galactică de energie scăzută, precum și particulele de materie întunecată termicizate prinse în jurul Pământului.

Cercetătorii recunosc că mai rămâne multă muncă înainte ca un astfel de detector să vadă vreodată lumina zilei. În primul rând, ei vor trebui să identifice cel mai bun material pentru realizarea acestuia. „Ne-am uitat la aluminiu pentru început, și asta doar pentru că acesta este probabil cel mai bine caracterizat material care a fost folosit pentru detectoare până acum”, spune Leane. „Dar s-ar putea dovedi că, pentru tipul de interval de masă pe care îl analizăm și tipul de detector pe care vrem să-l folosim, poate că există un material mai bun.”

Cercetătorii își propun acum să-și extindă rezultatele la o clasă mai largă de modele de materie întunecată. „Pe partea experimentală, laboratorul lui Kurinsky testează prima rundă de senzori special creați, care urmăresc să construiască modele mai bune de generare, recombinare și detectare a cvasiparticulelor și să studieze dinamica termică a cvasiparticulelor în qubiți, ceva care este puțin înțeles”, spune Leane. Lumea fizicii. "Cvasiparticulele dintr-un supraconductor par să se răcească mult mai puțin eficient decât se credea anterior, dar pe măsură ce aceste dinamice sunt calibrate și modelate mai bine, rezultatele vor deveni mai puțin incerte și putem înțelege cum să facem dispozitive mai sensibile.”

Studiul este detaliat în Scrisori de recenzie fizică.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/looking-for-dark-matter-differently/