28 مارس 2024 (أخبار Nanowerkمنذ اكتشافها، ظلت المادة المظلمة غير مرئية للعلماء، على الرغم من إطلاق تجارب متعددة للكشف عن الجسيمات فائقة الحساسية حول العالم على مدى عدة عقود. الآن، يقترح الفيزيائيون في مختبر المسرع الوطني SLAC التابع لوزارة الطاقة (DOE) طريقة جديدة للبحث عن المادة المظلمة باستخدام الأجهزة الكمومية، والتي يمكن ضبطها بشكل طبيعي للكشف عما يسميه الباحثون المادة المظلمة الحرارية.
(يسار) يبحث الاقتراح الجديد للكشف عن المادة المظلمة عن تفاعلات متكررة بين النوى في الكاشف والمادة المظلمة منخفضة الطاقة التي قد تكون موجودة في الأرض وحولها. (على اليمين) تبحث تجربة الكشف المباشر التقليدية عن ارتدادات عرضية من تشتت المادة المظلمة. (الصورة: أنيربان داس، ونوح كورينسكي، وريبيكا لين) تبحث معظم تجارب المادة المظلمة عن المادة المظلمة المجرية، التي تنطلق إلى الأرض مباشرة من الفضاء، ولكن ربما كان هناك نوع آخر موجود حول الأرض لسنوات، كما قالت ريبيكا لين، عالمة الفيزياء في SLAC، والتي كانت مؤلف في الدراسة الجديدة (استعراض للحروف البدنية, "المادة المظلمة المستحثة بالطاقة في الأجهزة الكمومية").
قال لين: "تدخل المادة المظلمة إلى الأرض، وترتد كثيرًا، وفي النهاية تُحاصر بواسطة مجال الجاذبية للأرض"، مما يجعلها في حالة توازن يشير إليها العلماء على أنها حرارية. وبمرور الوقت، تتراكم هذه المادة المظلمة الحرارية بكثافة أعلى من كثافة الجسيمات المجرية القليلة، مما يعني أنها قد تكون أكثر عرضة للاصطدام بالكاشف. لسوء الحظ، تتحرك المادة المظلمة الحرارية بشكل أبطأ بكثير من المادة المظلمة المجرية، مما يعني أنها ستنقل طاقة أقل بكثير من المادة المظلمة المجرية - ومن المحتمل أن تكون أقل من أن تتمكن أجهزة الكشف التقليدية من رؤيتها.
مع أخذ ذلك في الاعتبار، تواصل لين وزميل ما بعد الدكتوراه في SLAC، أنيربان داس، مع نوح كورينسكي، وهو عالم في SLAC ورئيس مختبر جديد يركز على اكتشاف المادة المظلمة باستخدام أجهزة استشعار الكم، والذي كان يفكر في لغز: حتى عندما تكون الموصلات الفائقة يتم تبريدها إلى الصفر المطلق، وإزالة كل الطاقة من النظام وإنشاء حالة كمومية مستقرة، وبطريقة ما تعود الطاقة إلى الدخول وتعطل الحالة الكمومية.
وقال كورينسكي، عادة، يفترض العلماء أن ذلك بسبب أنظمة التبريد غير المثالية أو بعض مصادر الحرارة في البيئة. ولكن قد يكون هناك سبب آخر، كما قال: "ماذا لو كان لدينا بالفعل نظام بارد تمامًا، والسبب في عدم قدرتنا على تبريده بشكل فعال هو أنه يتعرض باستمرار لقصف المادة المظلمة؟" تساءل داس وكورينسكي ولين عما إذا كان من الممكن إعادة تصميم الأجهزة الكمومية فائقة التوصيل لتكون كاشفات حرارية للمادة المظلمة. وفقًا لحساباتهم، فإن الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لتنشيط جهاز الاستشعار الكمي منخفض بدرجة كافية - حوالي واحد بالألف من الإلكترون فولت - بحيث يمكنه اكتشاف المادة المظلمة المجرية منخفضة الطاقة بالإضافة إلى جسيمات المادة المظلمة الحرارية المعلقة حول الأرض.
وبطبيعة الحال، هذا لا يعني أن المادة المظلمة هي المسؤولة عن تعطل الأجهزة الكمومية - ولكن هذا ممكن. وقال لين وكورينسكي إن الخطوة التالية هي معرفة ما إذا كان بإمكانهم تحويل الأجهزة الكمومية الحساسة إلى أجهزة كشف للمادة المظلمة، وكيف ذلك.
مع ذلك، هناك بعض الأشياء التي يجب مراعاتها. بالنسبة للمبتدئين، ربما تكون هناك مادة أفضل لصنع الجهاز منها. قال لين: "كنا نبحث عن الألومنيوم في البداية، وذلك فقط لأنه ربما يكون أفضل مادة تم استخدامها في أجهزة الكشف حتى الآن". "ولكن يمكن أن يتبين أنه بالنسبة لنوع نطاق الكتلة الذي ننظر إليه، ونوع الكاشف الذي نريد استخدامه، ربما تكون هناك مادة أفضل." وقال لين إن هناك أيضًا احتمال ألا تتفاعل المادة المظلمة الحرارية مع جهاز كمي بنفس الطريقة التي يشتبه في أن المادة المظلمة المجرية تتفاعل بها مع أجهزة الكشف المباشر. "في هذه الدراسة، كنا نفكر فقط في حالة بسيطة لدخول المادة المظلمة وارتدادها مباشرة عن الكاشف، ولكنها يمكن أن تفعل الكثير من الأشياء الأخرى." على سبيل المثال، يمكن أن تتفاعل جسيمات أخرى مع المادة المظلمة مما يغير طريقة توزيع الجسيمات الموجودة في الكاشف.
يقول لين: "هذا أحد الأشياء الرائعة في تواجدك في SLAC".
(يسار) يبحث الاقتراح الجديد للكشف عن المادة المظلمة عن تفاعلات متكررة بين النوى في الكاشف والمادة المظلمة منخفضة الطاقة التي قد تكون موجودة في الأرض وحولها. (على اليمين) تبحث تجربة الكشف المباشر التقليدية عن ارتدادات عرضية من تشتت المادة المظلمة. (الصورة: أنيربان داس، ونوح كورينسكي، وريبيكا لين) تبحث معظم تجارب المادة المظلمة عن المادة المظلمة المجرية، التي تنطلق إلى الأرض مباشرة من الفضاء، ولكن ربما كان هناك نوع آخر موجود حول الأرض لسنوات، كما قالت ريبيكا لين، عالمة الفيزياء في SLAC، والتي كانت مؤلف في الدراسة الجديدة (استعراض للحروف البدنية, "المادة المظلمة المستحثة بالطاقة في الأجهزة الكمومية").
قال لين: "تدخل المادة المظلمة إلى الأرض، وترتد كثيرًا، وفي النهاية تُحاصر بواسطة مجال الجاذبية للأرض"، مما يجعلها في حالة توازن يشير إليها العلماء على أنها حرارية. وبمرور الوقت، تتراكم هذه المادة المظلمة الحرارية بكثافة أعلى من كثافة الجسيمات المجرية القليلة، مما يعني أنها قد تكون أكثر عرضة للاصطدام بالكاشف. لسوء الحظ، تتحرك المادة المظلمة الحرارية بشكل أبطأ بكثير من المادة المظلمة المجرية، مما يعني أنها ستنقل طاقة أقل بكثير من المادة المظلمة المجرية - ومن المحتمل أن تكون أقل من أن تتمكن أجهزة الكشف التقليدية من رؤيتها.
مع أخذ ذلك في الاعتبار، تواصل لين وزميل ما بعد الدكتوراه في SLAC، أنيربان داس، مع نوح كورينسكي، وهو عالم في SLAC ورئيس مختبر جديد يركز على اكتشاف المادة المظلمة باستخدام أجهزة استشعار الكم، والذي كان يفكر في لغز: حتى عندما تكون الموصلات الفائقة يتم تبريدها إلى الصفر المطلق، وإزالة كل الطاقة من النظام وإنشاء حالة كمومية مستقرة، وبطريقة ما تعود الطاقة إلى الدخول وتعطل الحالة الكمومية.
وقال كورينسكي، عادة، يفترض العلماء أن ذلك بسبب أنظمة التبريد غير المثالية أو بعض مصادر الحرارة في البيئة. ولكن قد يكون هناك سبب آخر، كما قال: "ماذا لو كان لدينا بالفعل نظام بارد تمامًا، والسبب في عدم قدرتنا على تبريده بشكل فعال هو أنه يتعرض باستمرار لقصف المادة المظلمة؟" تساءل داس وكورينسكي ولين عما إذا كان من الممكن إعادة تصميم الأجهزة الكمومية فائقة التوصيل لتكون كاشفات حرارية للمادة المظلمة. وفقًا لحساباتهم، فإن الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لتنشيط جهاز الاستشعار الكمي منخفض بدرجة كافية - حوالي واحد بالألف من الإلكترون فولت - بحيث يمكنه اكتشاف المادة المظلمة المجرية منخفضة الطاقة بالإضافة إلى جسيمات المادة المظلمة الحرارية المعلقة حول الأرض.
وبطبيعة الحال، هذا لا يعني أن المادة المظلمة هي المسؤولة عن تعطل الأجهزة الكمومية - ولكن هذا ممكن. وقال لين وكورينسكي إن الخطوة التالية هي معرفة ما إذا كان بإمكانهم تحويل الأجهزة الكمومية الحساسة إلى أجهزة كشف للمادة المظلمة، وكيف ذلك.
مع ذلك، هناك بعض الأشياء التي يجب مراعاتها. بالنسبة للمبتدئين، ربما تكون هناك مادة أفضل لصنع الجهاز منها. قال لين: "كنا نبحث عن الألومنيوم في البداية، وذلك فقط لأنه ربما يكون أفضل مادة تم استخدامها في أجهزة الكشف حتى الآن". "ولكن يمكن أن يتبين أنه بالنسبة لنوع نطاق الكتلة الذي ننظر إليه، ونوع الكاشف الذي نريد استخدامه، ربما تكون هناك مادة أفضل." وقال لين إن هناك أيضًا احتمال ألا تتفاعل المادة المظلمة الحرارية مع جهاز كمي بنفس الطريقة التي يشتبه في أن المادة المظلمة المجرية تتفاعل بها مع أجهزة الكشف المباشر. "في هذه الدراسة، كنا نفكر فقط في حالة بسيطة لدخول المادة المظلمة وارتدادها مباشرة عن الكاشف، ولكنها يمكن أن تفعل الكثير من الأشياء الأخرى." على سبيل المثال، يمكن أن تتفاعل جسيمات أخرى مع المادة المظلمة مما يغير طريقة توزيع الجسيمات الموجودة في الكاشف.
يقول لين: "هذا أحد الأشياء الرائعة في تواجدك في SLAC".
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64933.php
