|
Устройство, которое может открыть невидимую Вселенную
|
|
|
|
Когда-то считавшийся непригодным для использования побочным продуктом ядерной программы США, торий—229 - изотоп серебристо—белого металла тория - может стать ключевым в поисках человечеством темной материи.
|
|
|
|
До этого момента ученые разрабатывали мощные детекторы, исследовали гравитационные эффекты и изучали космическое излучение в надежде, что это может привести к обнаружению этого неуловимого вещества. Сейчас исследователи рассматривают возможность того, что ядерные часы, приводимые в действие низкоэнергетическими переходами ядра тория-229, могут стать новым методом поиска частиц.
|
|
|
|
В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review X, ученые из Германии, Израиля и Испании изучили, каким образом уникальные свойства ядерных часов могут определять влияние темной материи. Самые точные часы на сегодняшний день (атомные часы) основаны на колебаниях электронов между двумя квантовыми состояниями, чтобы отслеживать время. Несмотря на высокую точность, эти часы чувствительны к электрическим помехам. Предлагаемые ядерные часы, в которых используются ядра атомов, гораздо меньше подвержены воздействию этих помех.
|
|
|
|
Резонансная частота — устойчивое колебание ядер между “основным” и “высокоэнергетическим” состояниями - обычно довольно высока, и требуется сильное излучение, чтобы возбудить ядро и вызвать “тиканье” ядерных часов. Однако торий-229 отличается тем, что его резонансная частота достаточно низка для возбуждения с помощью современных лазерных технологий, что теоретически делает возможным создание ядерных часов.
|
|
|
|
|
|
|
“Когда речь заходит о темной материи, ядерные часы на основе тория-229 были бы идеальным детектором”, - сказал Гилад Перес, соавтор исследования из Научного института Вейцмана, в заявлении для прессы. “Прямо сейчас электрические помехи ограничивают нашу способность использовать атомные часы в поиске [...]. По нашим оценкам, [ядерные часы] позволят нам обнаруживать силы, в 10 триллионов раз более слабые, чем гравитация, обеспечивая разрешение в 100 000 раз лучшее, чем то, которое мы имеем в настоящее время при поиске темной материи”.
|
|
|
|
За прошедший год лаборатории по всему миру добились значительных успехов в разработке ядерных часов на основе тория-229, кульминацией которых стала статья, опубликованная в сентябре 2024 года в журнале Nature. В этой статье сообщалось о наблюдении перехода тория-229, которое было в миллионы раз точнее, чем предыдущие попытки.
|
|
|
|
“Во Вселенной, состоящей только из видимой материи, физические условия и спектр поглощения любого материала оставались бы постоянными”, - сказал Перес в заявлении для прессы. “Но поскольку темная материя окружает нас, ее волнообразная природа может незаметно изменять массу атомных ядер и вызывать временные сдвиги в спектре их поглощения [...]. Нам все еще нужна еще большая точность для разработки ядерных часов, но мы уже определили возможность для изучения темной материи”.
|
|
|
|
Нет никакой гарантии, что ядерные часы положат конец нашей охоте за темной материей, но они представляют собой новый атомный рубеж, который еще предстоит исследовать в рамках этого бесконечного поиска.
|
|
|
|
Не так уж и плохо для изотопа, который когда-то считался просто “побочным продуктом”.
|
|
|
|
Источник
|
