Ищем темную материю по-другому

Темная материя составляет около 85 процентов всей материи Вселенной, и космологи полагают, что она сыграла важную роль в формировании галактик. Мы знаем местоположение этой так называемой галактической темной материи благодаря астрономическим исследованиям, которые показывают, как свет от далеких галактик изгибается по мере продвижения к нам. Но до сих пор попытки обнаружить темную материю, запертую в гравитационном поле Земли, оказались тщетными, хотя этот тип темной материи, известный как термализованная темная материя, должен присутствовать в больших количествах.

Проблема в том, что термализованная темная материя движется гораздо медленнее, чем галактическая темная материя, а это означает, что ее энергия может быть слишком низкой для обнаружения обычными инструментами. Физики в Национальная лаборатория СЛАК в США теперь предложили альтернативу, которая предполагает поиск термализованной темной материи совершенно новым способом с использованием квантовых датчиков, изготовленных из сверхпроводящих квантовых битов (кубитов).

Совершенно новый подход

Идея нового метода пришла от SLAC. Ной Куринский, который работал над перепроектирование трансмонных кубитов в качестве активных датчиков фотонов и фононов. Трансмон-кубиты необходимо охладить до температур, близких к абсолютному нулю (-273 °C), прежде чем они станут достаточно стабильными для хранения информации, но даже при таких чрезвычайно низких температурах энергия часто возвращается в систему и нарушает квантовые состояния кубитов. В нежелательной энергии обычно обвиняют несовершенное охлаждающее устройство или какой-то источник тепла в окружающей среде, но Куринскому пришло в голову, что она может иметь гораздо более интересное происхождение: «Что, если у нас действительно есть совершенно холодная система, и причина, по которой мы можем Я не могу его эффективно охладить, потому что его постоянно бомбардирует темная материя?»

Пока Куринский размышлял над этой новой возможностью, его коллега из SLAC Ребекка Лин разрабатывал новую основу для расчета ожидаемой плотности темной материи внутри Земли. Согласно этим новым расчетам, которые Лин провел с Анирбан Дас (сейчас докторант-исследователь в Сеульском национальном университете, Корея), эта локальная плотность темной материи может быть чрезвычайно высокой на поверхности Земли – намного выше, чем считалось ранее.

«Мы с Дасом обсуждали, какие возможные устройства с низким порогом могли бы исследовать эту предсказанную высокую плотность темной материи, но, имея небольшой предыдущий опыт в этой области, мы обратились к Курински за жизненно важным вкладом», — объясняет Лин. «Затем Дас выполнил расчеты рассеяния, используя новые инструменты, которые позволяют рассчитывать скорость рассеяния темной материи с использованием фононной (колебательной решетки) структуры данного материала».

Низкий энергетический порог

Исследователи подсчитали, что квантовый датчик темной материи будет активироваться при чрезвычайно низких энергиях, всего в одну тысячную электронвольта (1 мэВ). Этот порог намного ниже, чем у любого сопоставимого детектора темной материи, и это означает, что квантовый датчик темной материи может обнаруживать галактическую темную материю низкой энергии, а также термализованные частицы темной материи, захваченные вокруг Земли.

Исследователи признают, что еще предстоит много работы, прежде чем такой детектор когда-либо увидит свет. Во-первых, им придется определить лучший материал для его изготовления. «Сначала мы рассматривали алюминий, и это только потому, что это, вероятно, материал с лучшими характеристиками, который до сих пор использовался для детекторов», — говорит Лин. «Но может оказаться, что для того диапазона масс, который мы рассматриваем, и типа детектора, который мы хотим использовать, возможно, есть лучший материал».

Теперь исследователи стремятся распространить свои результаты на более широкий класс моделей темной материи. «Что касается экспериментов, то лаборатория Куринского тестирует первый раунд специально созданных датчиков, целью которых является создание более совершенных моделей генерации, рекомбинации и обнаружения квазичастиц, а также изучение динамики термализации квазичастиц в кубитах, что малопонятно», — говорит Лин. Мир физики, "Квазичастицы в сверхпроводнике охлаждаются гораздо менее эффективно, чем считалось ранее., но поскольку эта динамика будет лучше откалибрована и смоделирована, результаты станут менее неопределенными, и мы сможем понять, как создавать более чувствительные устройства».

Исследование подробно описано в Physical Review Letters,.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/looking-for-dark-matter-differently/