Drugače iskanje temne snovi – svet fizike

Temna snov predstavlja približno 85 odstotkov celotne snovi vesolja in kozmologi verjamejo, da je imela pomembno vlogo pri nastanku galaksij. Poznamo lokacijo te tako imenovane galaktične temne snovi zahvaljujoč astronomskim raziskavam, ki prikazujejo, kako se svetloba iz oddaljenih galaksij upogiba, ko potuje proti nam. Toda doslej so bila prizadevanja za odkrivanje temne snovi, ujete v zemeljskem gravitacijskem polju, zaman, čeprav naj bi bila ta vrsta temne snovi – znana kot termalna temna snov – prisotna v večjih količinah.

Težava je v tem, da termalna temna snov potuje veliko počasneje kot galaktična temna snov, kar pomeni, da je njena energija morda prenizka, da bi jo konvencionalni instrumenti lahko zaznali. Fiziki na Nacionalni laboratorij SLAC v ZDA so zdaj predlagali alternativo, ki vključuje iskanje termalizirane temne snovi na povsem nov način z uporabo kvantnih senzorjev, narejenih iz superprevodnih kvantnih bitov (qubits).

Povsem nov pristop

Zamisel za novo metodo je prišla iz SLAC-ja Noah Kurinsky, ki je delal na preoblikovanje transmonskih kubitov kot aktivnih senzorjev za fotone in fonone. Transmonske kubite je treba ohladiti na temperaturo blizu absolutne ničle (- 273 °C), preden postanejo dovolj stabilni za shranjevanje informacij, vendar tudi pri teh izjemno nizkih temperaturah energija pogosto ponovno vstopi v sistem in moti kvantna stanja kubitov. Za neželeno energijo so običajno krivi nepopolni hladilni aparati ali kak vir toplote v okolju, a Kurinskyju je prišlo na misel, da bi lahko imela veliko bolj zanimiv izvor: »Kaj če imamo dejansko popolnoma hladen sistem in razlog, zakaj lahko Ali ga ne ohladimo učinkovito zato, ker ga nenehno bombardira temna snov?

Medtem ko je Kurinsky razmišljal o tej novi možnosti, je njegov kolega SLAC Rebecca Leane je razvijal nov okvir za izračun pričakovane gostote temne snovi znotraj Zemlje. Po teh novih izračunih, ki jih je izvedel Leane Anirban Das (zdaj podoktorski raziskovalec na Nacionalni univerzi v Seulu, Koreja), bi lahko bila ta lokalna gostota temne snovi izjemno visoka na zemeljskem površju – veliko višja, kot se je prej mislilo.

»Z Dasom sva razpravljala o možnih napravah z nizkim pragom, ki bi lahko preiskale to visoko napovedano gostoto temne snovi, a z malo predhodnimi izkušnjami na tem področju sva se obrnila na Kurinskyja za bistven prispevek,« pojasnjuje Leane. "Das je nato izvedel izračune sipanja z uporabo novih orodij, ki omogočajo izračun stopnje sipanja temne snovi z uporabo fononske (mrežne vibracije) strukture danega materiala."

Nizek energijski prag

Raziskovalci so izračunali, da bi se kvantni senzor temne snovi aktiviral pri izjemno nizkih energijah le tisočinke elektronvolta (1 meV). Ta prag je veliko nižji od praga katerega koli primerljivega detektorja temne snovi in ​​pomeni, da bi kvantni senzor temne snovi lahko zaznal nizkoenergijsko galaktično temno snov kot tudi termalne delce temne snovi, ujete okoli Zemlje.

Raziskovalci priznavajo, da je pred takim detektorjem še veliko dela, preden bo sploh ugledal luč sveta. Prvič, morali bodo identificirati najboljši material za izdelavo. »Za začetek smo iskali aluminij, in to samo zato, ker je to verjetno najbolje označen material, ki je bil doslej uporabljen za detektorje,« pravi Leane. "Lahko pa se izkaže, da za vrsto masnega razpona, ki ga gledamo, in vrsto detektorja, ki ga želimo uporabiti, morda obstaja boljši material."

Raziskovalci zdaj želijo svoje rezultate razširiti na širši razred modelov temne snovi. "Na eksperimentalni strani laboratorij Kurinskyja preizkuša prvi krog namensko izdelanih senzorjev, katerih cilj je zgraditi boljše modele generiranja kvazidelcev, rekombinacije in detekcije ter preučevati dinamiko termalizacije kvazidelcev v kubitih, kar je malo razumljeno," pravi Leane. Svet fizike. "Zdi se, da se kvazidelci v superprevodniku ohlajajo veliko manj učinkovito, kot se je prej mislilo, a ko bo ta dinamika bolje umerjena in modelirana, bodo rezultati postali manj negotovi in ​​morda bomo razumeli, kako narediti bolj občutljive naprave.«

Študija je podrobno opisana v Pisni pregledi fizike.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/looking-for-dark-matter-differently/