|
Темную материю найдут самые холодные квантовые детекторы
|
|
|
|
Возможно, одна из величайших загадок науки стала на шаг ближе к разгадке. Примерно 80% материи во Вселенной темная, то есть ее невозможно увидеть. На самом деле, темная материя постоянно проходит сквозь нас — возможно, со скоростью триллионов частиц в секунду.
|
|
|
|
Мы знаем, что она существует, потому что можем наблюдать эффекты ее притяжения, но проведенные на сегодняшний день эксперименты пока не позволили ее обнаружить.
|
|
|
|
Используя преимущества самых передовых квантовых технологий, ученые из Ланкастерского университета, Оксфордского университета и Лондонского университета Ройял Холлоуэй создают самые чувствительные на сегодняшний день детекторы темной материи.
|
|
|
|
Их публичная экспозиция под названием "Квантовый взгляд на невидимую Вселенную" представлена на главной летней научной выставке Королевского общества в этом году, которая пройдет со 2 по 7 июля 2024 года. Соответствующие исследования также опубликованы в журнале Journal of Low Temperature Physics.
|
|
|
|
Среди исследователей - доктор Майкл Томпсон, профессор Эдвард Лэрд, доктор Дмитрий Змеев и доктор Самули Аутти из Ланкастера, профессор Джослин Монро из Оксфорда и профессор Эндрю Кейси из РУЛА.
|
|
|
Доктор Отти, сотрудник EPSRC, сказал: "Мы используем квантовые технологии при сверхнизких температурах для создания самых чувствительных детекторов на сегодняшний день. Цель состоит в том, чтобы наблюдать эту загадочную материю непосредственно в лаборатории и решить одну из величайших загадок науки".
|
|
|
|
Существуют косвенные данные наблюдений, свидетельствующие о типичной плотности темной материи в галактике, но масса составляющих ее частиц и их возможные взаимодействия с обычными атомами неизвестны.
|
|
|
|
Теория физики элементарных частиц предполагает наличие двух вероятных кандидатов в темную материю: новых частиц с настолько слабыми взаимодействиями, что мы их еще не наблюдали, и очень легких волнообразных частиц, называемых аксионами. Команда проводит два эксперимента, по одному для поиска каждой из них.
|
|
|
|
Из этих двух кандидатов новые частицы со сверхслабыми взаимодействиями могут быть обнаружены в результате их столкновений с обычной материей. Однако, можно ли идентифицировать эти столкновения в эксперименте, зависит от массы темной материи, которую мы ищем. Большинство поисковых систем до сих пор позволяли обнаружить частицы темной материи весом от пяти до 1000 раз больше атома водорода, но вполне возможно, что гораздо более легкие кандидаты в темную материю были пропущены.
|
|
|
|
Команда Quantum Enhanced Superfluid Technologies for Dark Matter and Cosmology (QUEST-DMC) стремится достичь лидирующей в мире чувствительности к столкновениям с кандидатами в темную материю с массой от 0,01 до нескольких атомов водорода. Для достижения этой цели детектор изготовлен из сверхтекучего гелия-3, охлажден до макроскопического квантового состояния и оснащен сверхпроводящими квантовыми усилителями. Сочетание этих двух квантовых технологий позволяет измерять чрезвычайно слабые следы столкновений темной материи.
|
|
|
|
Напротив, если темная материя состоит из аксионов, они будут чрезвычайно легкими — более чем в миллиард раз легче атома водорода — но, соответственно, более распространенными. Ученые не смогли бы обнаружить столкновения с аксионами, но вместо этого они могут поискать другую сигнатуру — электрический сигнал, который возникает, когда аксионы распадаются в магнитном поле.
|
|
|
|
Этот эффект можно измерить только с помощью высокочувствительного усилителя, который работает с максимальной точностью, допускаемой квантовой механикой. Поэтому команда Quantum Sensors for the Hidden Sector (QSHS) разрабатывает новый класс квантовых усилителей, которые идеально подходят для поиска аксионного сигнала.
|
|
|
|
Стенд на выставке этого года позволит посетителям увидеть невидимое с помощью оригинальных практических экспонатов для всех возрастов.
|
|
|
|
Демонстрируя, как мы делаем выводы о темной материи, наблюдая за галактиками, на выставке будет представлен гироскоп в коробке, который движется удивительным образом благодаря невидимому угловому моменту. Также будут представлены стеклянные шарики, прозрачные в жидкости, демонстрирующие, как можно наблюдать невидимые массы с помощью умных экспериментов.
|
|
|
|
Холодильник для разбавления с подсветкой продемонстрирует, как команда добивается сверхнизких температур, а модель детектора столкновений частиц темной материи покажет, как вела бы себя наша Вселенная, если бы темная материя вела себя как обычная материя.
|
|
|
|
Затем посетители могут искать темную материю с помощью модельного аксионного детектора, сканируя частоту радиоприемника, а также создать свой собственный параметрический усилитель с помощью маятника.
|
|
|
|
Космолог Карлос Френк, член Королевского общества и председатель Комитета по взаимодействию с общественностью, сказал: "Наука жизненно важна для того, чтобы помочь нам понять мир, в котором мы живем, — прошлое, настоящее и будущее. Я призываю посетителей всех возрастов прийти сюда с открытым сердцем, любопытством и энтузиазмом и отметить невероятные научные достижения, которые приносят пользу всем нам".
|
|
|
|
Источник
|
