28 Maret 2024 (Berita Nanowerk) Sejak penemuannya, materi gelap tetap tidak terlihat oleh para ilmuwan, meskipun beberapa eksperimen detektor partikel ultra-sensitif telah diluncurkan di seluruh dunia selama beberapa dekade. Kini, fisikawan di Laboratorium Akselerator Nasional SLAC Departemen Energi (DOE) mengusulkan cara baru untuk mencari materi gelap menggunakan perangkat kuantum, yang mungkin secara alami disetel untuk mendeteksi apa yang oleh para peneliti disebut materi gelap termal.
(Kiri) Proposal deteksi materi gelap yang baru mencari interaksi yang sering terjadi antara inti dalam detektor dan materi gelap berenergi rendah yang mungkin ada di dalam dan sekitar Bumi. (Kanan) Eksperimen deteksi langsung konvensional mencari kemunduran sesekali dari hamburan materi gelap. (Gambar: Anirban Das, Noah Kurinsky, dan Rebecca Leane) Sebagian besar eksperimen materi gelap memburu materi gelap galaksi, yang meluncur ke Bumi langsung dari luar angkasa, namun jenis lain mungkin telah berkeliaran di Bumi selama bertahun-tahun, kata fisikawan SLAC Rebecca Leane, yang merupakan seorang penulis pada studi baru (Physical Review Letters, “Kekuatan yang Diinduksi Materi Gelap dalam Perangkat Kuantum”).
“Materi gelap masuk ke dalam bumi, banyak memantul, dan akhirnya terjebak oleh medan gravitasi bumi,” kata Leane, membawanya ke dalam keseimbangan yang oleh para ilmuwan disebut sebagai termalisasi. Seiring waktu, materi gelap yang mengalami termal ini akan membentuk kepadatan yang lebih tinggi dibandingkan beberapa partikel galaksi yang lepas, sehingga kemungkinan besar materi tersebut akan mengenai detektor. Sayangnya, materi gelap yang mengalami thermalisasi bergerak jauh lebih lambat dibandingkan materi gelap galaksi, sehingga energi yang dihasilkannya jauh lebih sedikit dibandingkan materi gelap galaksi – mungkin terlalu sedikit untuk dapat dilihat oleh detektor tradisional.
Mengingat hal tersebut, Leane dan rekan pascadoktoral SLAC Anirban Das menghubungi Noah Kurinsky, staf ilmuwan di SLAC dan pemimpin laboratorium baru yang berfokus pada pendeteksian materi gelap dengan sensor kuantum, yang telah memikirkan sebuah teka-teki: Bahkan ketika superkonduktor ada didinginkan hingga nol mutlak, menghilangkan semua energi dari sistem dan menciptakan keadaan kuantum yang stabil, entah bagaimana energi masuk kembali dan mengganggu keadaan kuantum.
Biasanya, para ilmuwan berasumsi hal ini disebabkan oleh sistem pendingin yang tidak sempurna atau sumber panas di lingkungan, kata Kurinksy. Tapi mungkin ada alasan lain, katanya: “Bagaimana jika kita benar-benar memiliki sistem yang sangat dingin, dan alasan kita tidak dapat mendinginkannya secara efektif adalah karena sistem tersebut terus-menerus dibombardir oleh materi gelap?” Das, Kurinsky, dan Leane bertanya-tanya apakah perangkat kuantum superkonduktor dapat didesain ulang sebagai detektor materi gelap termal. Menurut perhitungan mereka, energi minimum yang diperlukan untuk mengaktifkan sensor kuantum cukup rendah – sekitar seperseribu elektron volt – sehingga dapat mendeteksi materi gelap galaksi berenergi rendah serta partikel materi gelap termal yang berkeliaran di sekitar Bumi.
Tentu saja, hal ini tidak berarti bahwa materi gelap adalah penyebab terganggunya perangkat kuantum – hanya saja hal tersebut mungkin saja terjadi. Langkah selanjutnya, kata Leane dan Kurinsky, adalah mencari tahu apakah dan bagaimana mereka dapat mengubah perangkat kuantum sensitif menjadi pendeteksi materi gelap.
Dengan itu, ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan. Sebagai permulaan, mungkin ada bahan yang lebih baik untuk membuat perangkat ini. “Kami awalnya mencari aluminium, dan itu karena aluminium mungkin merupakan material dengan karakteristik terbaik yang telah digunakan untuk detektor sejauh ini,” kata Leane. “Tetapi ternyata untuk rentang massa yang kita lihat, dan jenis detektor yang ingin kita gunakan, mungkin ada bahan yang lebih baik.” Ada juga kemungkinan bahwa materi gelap yang dipanaskan tidak akan berinteraksi dengan perangkat kuantum seperti dugaan materi gelap galaksi berinteraksi dengan perangkat deteksi langsung, kata Leane. “Dalam penelitian ini, kami hanya memikirkan kasus sederhana materi gelap yang masuk dan memantul langsung dari detektor, tapi hal itu bisa melakukan banyak hal lainnya.” Misalnya, partikel lain dapat berinteraksi dengan materi gelap yang mengubah cara partikel dalam detektor didistribusikan.
“Ini adalah salah satu hal hebat berada di SLAC,” kata Leane.
(Kiri) Proposal deteksi materi gelap yang baru mencari interaksi yang sering terjadi antara inti dalam detektor dan materi gelap berenergi rendah yang mungkin ada di dalam dan sekitar Bumi. (Kanan) Eksperimen deteksi langsung konvensional mencari kemunduran sesekali dari hamburan materi gelap. (Gambar: Anirban Das, Noah Kurinsky, dan Rebecca Leane) Sebagian besar eksperimen materi gelap memburu materi gelap galaksi, yang meluncur ke Bumi langsung dari luar angkasa, namun jenis lain mungkin telah berkeliaran di Bumi selama bertahun-tahun, kata fisikawan SLAC Rebecca Leane, yang merupakan seorang penulis pada studi baru (Physical Review Letters, “Kekuatan yang Diinduksi Materi Gelap dalam Perangkat Kuantum”).
“Materi gelap masuk ke dalam bumi, banyak memantul, dan akhirnya terjebak oleh medan gravitasi bumi,” kata Leane, membawanya ke dalam keseimbangan yang oleh para ilmuwan disebut sebagai termalisasi. Seiring waktu, materi gelap yang mengalami termal ini akan membentuk kepadatan yang lebih tinggi dibandingkan beberapa partikel galaksi yang lepas, sehingga kemungkinan besar materi tersebut akan mengenai detektor. Sayangnya, materi gelap yang mengalami thermalisasi bergerak jauh lebih lambat dibandingkan materi gelap galaksi, sehingga energi yang dihasilkannya jauh lebih sedikit dibandingkan materi gelap galaksi – mungkin terlalu sedikit untuk dapat dilihat oleh detektor tradisional.
Mengingat hal tersebut, Leane dan rekan pascadoktoral SLAC Anirban Das menghubungi Noah Kurinsky, staf ilmuwan di SLAC dan pemimpin laboratorium baru yang berfokus pada pendeteksian materi gelap dengan sensor kuantum, yang telah memikirkan sebuah teka-teki: Bahkan ketika superkonduktor ada didinginkan hingga nol mutlak, menghilangkan semua energi dari sistem dan menciptakan keadaan kuantum yang stabil, entah bagaimana energi masuk kembali dan mengganggu keadaan kuantum.
Biasanya, para ilmuwan berasumsi hal ini disebabkan oleh sistem pendingin yang tidak sempurna atau sumber panas di lingkungan, kata Kurinksy. Tapi mungkin ada alasan lain, katanya: “Bagaimana jika kita benar-benar memiliki sistem yang sangat dingin, dan alasan kita tidak dapat mendinginkannya secara efektif adalah karena sistem tersebut terus-menerus dibombardir oleh materi gelap?” Das, Kurinsky, dan Leane bertanya-tanya apakah perangkat kuantum superkonduktor dapat didesain ulang sebagai detektor materi gelap termal. Menurut perhitungan mereka, energi minimum yang diperlukan untuk mengaktifkan sensor kuantum cukup rendah – sekitar seperseribu elektron volt – sehingga dapat mendeteksi materi gelap galaksi berenergi rendah serta partikel materi gelap termal yang berkeliaran di sekitar Bumi.
Tentu saja, hal ini tidak berarti bahwa materi gelap adalah penyebab terganggunya perangkat kuantum – hanya saja hal tersebut mungkin saja terjadi. Langkah selanjutnya, kata Leane dan Kurinsky, adalah mencari tahu apakah dan bagaimana mereka dapat mengubah perangkat kuantum sensitif menjadi pendeteksi materi gelap.
Dengan itu, ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan. Sebagai permulaan, mungkin ada bahan yang lebih baik untuk membuat perangkat ini. “Kami awalnya mencari aluminium, dan itu karena aluminium mungkin merupakan material dengan karakteristik terbaik yang telah digunakan untuk detektor sejauh ini,” kata Leane. “Tetapi ternyata untuk rentang massa yang kita lihat, dan jenis detektor yang ingin kita gunakan, mungkin ada bahan yang lebih baik.” Ada juga kemungkinan bahwa materi gelap yang dipanaskan tidak akan berinteraksi dengan perangkat kuantum seperti dugaan materi gelap galaksi berinteraksi dengan perangkat deteksi langsung, kata Leane. “Dalam penelitian ini, kami hanya memikirkan kasus sederhana materi gelap yang masuk dan memantul langsung dari detektor, tapi hal itu bisa melakukan banyak hal lainnya.” Misalnya, partikel lain dapat berinteraksi dengan materi gelap yang mengubah cara partikel dalam detektor didistribusikan.
“Ini adalah salah satu hal hebat berada di SLAC,” kata Leane.
- Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
- PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
- PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
- PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
- PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
- Sumber: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64933.php
