Karanlık maddeyi farklı bir şekilde aramak – Fizik Dünyası

Karanlık madde evrenin toplam maddesinin yaklaşık yüzde 85'ini oluşturuyor ve kozmologlar onun galaksilerin oluşumunda önemli bir rol oynadığına inanıyor. Bu sözde galaktik karanlık maddenin yerini, uzak galaksilerden gelen ışığın bize doğru giderken nasıl büküldüğünü gösteren astronomik araştırmalar sayesinde biliyoruz. Ancak şu ana kadar, Dünya'nın çekim alanı içinde hapsolmuş karanlık maddeyi tespit etmeye yönelik çabalar, termalleşmiş karanlık madde olarak bilinen bu tür karanlık maddenin daha büyük miktarlarda mevcut olması gerekmesine rağmen, eli boş kaldı.

Sorun, termalize olmuş karanlık maddenin galaktik karanlık maddeden çok daha yavaş hareket etmesidir, bu da enerjisinin geleneksel cihazların tespit edemeyeceği kadar düşük olabileceği anlamına gelir. Fizikçiler SLAC Ulusal Laboratuvarı ABD'deki araştırmacılar, süperiletken kuantum bitlerinden (qubit'ler) yapılan kuantum sensörlerini kullanarak termalleştirilmiş karanlık maddeyi tamamen yeni bir şekilde aramayı içeren bir alternatif önerdiler.

Tamamen yeni bir yaklaşım

Yeni yöntemin fikri SLAC'tan geldi. Nuh Kurinsky, üzerinde çalışan Transmon kubitlerinin fotonlar ve fononlar için aktif sensörler olarak yeniden tasarlanması. Transmon kübitlerin, bilgiyi depolayacak kadar kararlı hale gelmeden önce mutlak sıfıra (-273 °C) yakın sıcaklıklara kadar soğutulmaları gerekiyor; ancak bu son derece düşük sıcaklıklarda bile enerji sıklıkla sisteme yeniden giriyor ve kübitlerin kuantum durumlarını bozuyor. İstenmeyen enerjinin nedeni genellikle kusurlu soğutma aparatı veya ortamdaki bir ısı kaynağı olarak düşünülür, ancak Kurinsky bunun çok daha ilginç bir kökene sahip olabileceğini düşündü: "Ya gerçekten mükemmel derecede soğuk bir sistemimiz varsa ve bunu yapabilmemizin nedeni de bu. Onu etkili bir şekilde soğutmanın nedeni sürekli olarak karanlık madde tarafından bombardımana tutulması mı?"

Kurinsky bu yeni olasılık üzerinde düşünürken SLAC meslektaşı Rebecca Leane Dünya içindeki karanlık maddenin beklenen yoğunluğunu hesaplamak için yeni bir çerçeve geliştiriyordu. Leane'in gerçekleştirdiği bu yeni hesaplamalara göre Anırban Das (şu anda Kore'deki Seul Ulusal Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacı olarak çalışmaktadır), bu yerel karanlık madde yoğunluğunun Dünya yüzeyinde son derece yüksek, yani daha önce düşünülenden çok daha yüksek olabileceği düşünülüyor.

Leane, "Das ve ben, bu yüksek tahmin edilen karanlık madde yoğunluğunu hangi olası düşük eşikli cihazların araştırabileceğini tartışıyorduk, ancak bu alanda daha önce çok az deneyimimiz olduğundan, hayati bilgiler için Kurinsky'ye başvurduk" diye açıklıyor. "Daha sonra Das, karanlık madde saçılma oranının belirli bir malzemenin fonon (kafes titreşimi) yapısı kullanılarak hesaplanmasına olanak tanıyan yeni araçlar kullanarak saçılma hesaplamaları gerçekleştirdi."

Düşük enerji eşiği

Araştırmacılar, bir kuantum karanlık madde sensörünün elektronvoltun (1 meV) yalnızca binde biri kadar son derece düşük enerjilerde etkinleşeceğini hesapladı. Bu eşik, karşılaştırılabilir herhangi bir karanlık madde detektörününkinden çok daha düşüktür ve bu, bir kuantum karanlık madde sensörünün, düşük enerjili galaktik karanlık maddeyi ve ayrıca Dünya çevresinde sıkışan termalleştirilmiş karanlık madde parçacıklarını tespit edebileceği anlamına gelir.

Araştırmacılar, böyle bir dedektörün gün ışığına çıkmasından önce yapılması gereken çok iş olduğunu kabul ediyor. Birincisi, bunu yapmak için en iyi malzemeyi belirlemeleri gerekecek. Leane, "Başlangıçta alüminyuma bakıyorduk ve bunun nedeni muhtemelen şimdiye kadar dedektörler için kullanılan en iyi karakterize edilmiş malzeme olmasıdır" diyor. "Ancak, baktığımız kütle aralığı ve kullanmak istediğimiz dedektör türü açısından belki daha iyi bir malzemenin olduğu ortaya çıkabilir."

Araştırmacılar artık sonuçlarını daha geniş bir karanlık madde modeli sınıfına genişletmeyi hedefliyor. Leane, "Deneysel tarafta, Kurinsky'nin laboratuvarı, kuasipartikül üretimi, rekombinasyonu ve tespiti için daha iyi modeller oluşturmayı ve kübitlerdeki kuasipartiküllerin termalizasyon dinamiklerini incelemeyi amaçlayan amaca yönelik tasarlanmış sensörlerin ilk turunu test ediyor, bu da pek anlaşılmayan bir şey" diyor. Fizik dünyası. "Bir süperiletkendeki yarı parçacıklar önceden düşünülenden çok daha az verimli bir şekilde soğuyor gibi görünüyorancak bu dinamikler daha iyi kalibre edilip modellendikçe sonuçlar daha az belirsiz hale gelecek ve nasıl daha hassas cihazlar yapabileceğimizi anlayabiliriz."

Çalışma ayrıntılı olarak Physical Review Letters.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/looking-for-dark-matter-differently/