Квантовые технологии помогут обнаружить темную материю: физики создали супердетекторы

Фото: SciTechDaily

Физики создали сверххолодную квантовую технологию, чтобы обнаружить частицы загадочной темной материи, которая сейчас представляет одну из величайших загадок науки. Несмотря на то, что темной материи во Вселенной примерно в 6 раз больше, чем обычной материи, ее еще никому не удалось обнаружить. Ученые создали два самых чувствительных детектора темной материи для обнаружения совершенно разных гипотетических частиц, из которых может состоять неуловимое вещество. Результаты исследования опубликованы в журнале The European Physical Journal C, пишет Space.

По словам ученых, они использовали для создания сверхчувствительных детекторов темной материи квантовые технологии при сверхнизких температурах. То есть компоненты детекторов нужно охлаждать до до тысячной доли градуса выше абсолютного нуля. Это температура при которой движение атомов прекращается.

Считается, что темная материя составляет от 80% до 85% всей материи во Вселенной. Но она невидима из-за того, что не взаимодействует со светом и обычной материей. Если такие взаимодействия и существуют, то они очень слабые и происходят очень редко. Ученые уже знают, что темная материя не может состоять из частиц обычной материи, то есть электронов, протонов и нейтронов.

Единственная причина, по которой считается, что темная материя вообще существует, заключается в том, что это загадочное вещество имеет массу, а значит происходит взаимодействие с гравитацией. Темная материя может влиять на динамику обычной материи и света посредством этого взаимодействия, что позволяет сделать вывод о ее присутствии.

Частицы темной материи

Одним из кандидатов на то из чего состоит темная материя является легкая гипотетическая частица аксион. Другим кандидатом является более массивная гипотетическая частица вимп, имеющая очень слабое взаимодействие.

Физики считают, что и аксионы и вимпы будут показывать сверхслабые взаимодействия с обычной материей, которые теоретически можно обнаружить с помощью чувствительных детекторов. Если есть две частицы, то нужны два детектора.

Детекторы для обнаружения темной материи

Первый детектор QUEST-DMC предназначен для обнаружения столкновения обычной материи с более тяжелыми частицами темной материи или вимпами. Считается, что масса этих частиц составляет от 1% до немного больше массы атома водорода. В этом детекторе используется сверхтекучий гелий-3, охлажденный до квантового состояния для достижения рекордной чувствительности.

Детектор QSHS предназначен для обнаружения чрезвычайно легких аксионов, масса которых, как предполагается, в миллиарды раз легче атома водорода. Но их невозможно обнаружить, когда они взаимодействуют с обычной материей из-за их массы.

Но физики считают, что аксионов чрезвычайно много, а значит их можно найти с промощью крошечного электрического сигнала, возникающего в результате распада аксионов в магнитном поле. Поэтому квантовый усилитель QSHS сможет их найти, считают физики.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ARDinform