|
Квантово–оптомеханическое обнаружение темной материи
|
|
|
|
Междисциплинарное сотрудничество между специалистами в области конденсированных сред, квантовой оптики и физики элементарных частиц может помочь в поиске темной материи малой массы. Предлагаемый квантовый детектор основан на исследованиях EQUS элементарных возбуждений в сверхтекучем гелии и достижениях в области оптомеханики.
|
|
|
|
Исследование, проведенное под руководством научного сотрудника EQUS доктора Криса Бейкера (Калифорнийский университет), предполагает прямое обнаружение темной материи малой массы посредством ее взаимодействия со сверхтекучим гелием, заключенным в оптомеханической полости.
|
|
|
|
"Оптико-механический прибор для прямого обнаружения темной материи" был опубликован в журнале Physical Review D в августе 2024 года.
|
|
|
|
Отсутствие положительного сигнала в экспериментах по прямому обнаружению темной материи на сегодняшний день привело к поиску частиц со все меньшими массами, что потребовало разработки новых сверхчувствительных инструментов обнаружения.
|
|
|
|
"К сожалению, меньшие массы означают более слабые сигналы, что делает традиционные инструменты физики элементарных частиц неподходящими", - говорит автор-корреспондент EQUS CI доктор Максим Горячев (UWA).
|
|
|
|
|
|
|
В предложении Горячева и Бейкера используется сверхтекучий гелий, в котором столкновения темной материи вызывали бы механический эффект "звона" (количественно определяемый как "фононы").
|
|
|
|
Фонон - это коллективное возбуждение частиц, и лаборатория квантовой физики и темной материи, в которой работает Горячев, обладает значительным опытом применения свойств таких квазичастиц для обнаружения и понимания других систем с очень низкой энергией.
|
|
|
|
Это всего лишь один из примеров применения сложных квантовых технологий для точной метрологии, разработанных в рамках программы EQUS Quantum Engines and Instruments.
|
|
|
|
"Коллективные колебания, вызванные столкновениями темной материи малой массы, были бы чрезвычайно малы", - говорит Горячев. "Эти рассеянные фононы невозможно было бы обнаружить с помощью современных технологий".
|
|
|
|
"Именно здесь появились налаженные EQUS связи между нашей лабораторией и лабораторией квантовой оптики Квинсленда (QQOL)".
|
|
|
|
В рамках EQUS лаборатория квантовой оптики, базирующаяся в Калифорнийском университете, руководила исследованиями в области оптомеханики, используя свет для контроля и зондирования механического движения.
|
|
|
|
В QQOL доктор Бейкер применил свой опыт в области сверхтекучей оптомеханики для разработки системы усиления, основанной на преобразовании необнаруживаемых фононов низкой энергии в высокоэнергетические (обнаруживаемые) фотоны.
|
|
|
|
Результатом стал оптико-механический прибор для исследования темной материи, или "ОДИН".
|
|
|
|
Устройство, которое может быть реализовано с использованием хорошо зарекомендовавшей себя технологии, обеспечит доступ к темной материи в диапазоне масс кэВ, что на несколько порядков меньше, чем в существующих экспериментах.
|
|
|
|
Помимо вклада в науку о темной материи, он также примечателен тем, что впервые продемонстрировал применение оптомеханики для обнаружения отдельных частиц, то есть для обнаружения очень редких случаев рассеяния. Это расширяет возможности применения оптомеханики в качестве датчиков слабых полей.
|
|
|
|
"Нам также нравится применение квантовых инструментов для исследования такой важной фундаментальной области физики", - говорит Горячев. "Мы с энтузиазмом рассматриваем более широкие области применения квантовой физики, выходящие за рамки более традиционных областей, таких как вычислительная техника и коммуникации".
|
|
|
|
Источник
|
