28 במרץ, 2024 (חדשות Nanowerk) מאז גילויו, החומר האפל נותר בלתי נראה למדענים, למרות השקת מספר ניסויים של גלאי חלקיקים רגישים במיוחד ברחבי העולם במשך כמה עשורים. כעת, פיזיקאים במעבדת המאיץ הלאומית SLAC של משרד האנרגיה (DOE) מציעים דרך חדשה לחפש חומר אפל באמצעות התקנים קוונטיים, אשר עשויים להיות מכוונים באופן טבעי לזהות מה שהחוקרים מכנים חומר אפל תרמי.
(משמאל) ההצעה החדשה לגילוי חומר אפל מחפשת אינטראקציות תכופות בין גרעינים בגלאי לחומר אפל בעל אנרגיה נמוכה שעשויים להימצא בכדור הארץ ובסביבתו. (מימין) ניסוי זיהוי ישיר קונבנציונלי מחפש רתיעה מדי פעם מפיזור חומר אפל. (תמונה: Anirban Das, Noah Kurinsky ו- Rebecca Leane) רוב ניסויי החומר האפל צדים אחר חומר אפל גלקטי, שמטיל רקעים לכדור הארץ ישירות מהחלל, אבל סוג אחר עשוי היה להסתובב סביב כדור הארץ במשך שנים, אמרה הפיזיקאית של SLAC רבקה ליאן, שהייתה מחבר על המחקר החדש (מכתבי סקירה פיזית, "כוח המושרה על ידי חומר אפל במכשירים קוונטיים").
"חומר אפל נכנס לכדור הארץ, מקפץ הרבה, ובסופו של דבר פשוט נכלא על ידי שדה הכבידה של כדור הארץ," אמר ליאן, והביא אותו לשיווי משקל שמדענים מתייחסים אליו כאל תרמי. עם הזמן, החומר האפל התרמי הזה מצטבר לצפיפות גבוהה יותר מכמה חלקיקים גלקטיים רופפים, כלומר יש סיכוי גבוה יותר שיפגע בגלאי. למרבה הצער, חומר אפל תרמי זז הרבה יותר לאט מחומר אפל גלקטי, כלומר הוא יעניק הרבה פחות אנרגיה מחומר אפל גלקטי - כנראה מעט מדי לגלאים מסורתיים לראות.
מתוך מחשבה על כך, ליאן ועמית פוסט-דוקטורט של SLAC Anirban Das פנו אל נוח קורינסקי, מדען צוות ב-SLAC ומנהיג מעבדה חדשה המתמקדת באיתור חומר אפל באמצעות חיישנים קוונטיים, שחשב על חידה: אפילו כאשר מוליכים הם מקורר לאפס מוחלט, מוציא את כל האנרגיה מהמערכת ויוצר מצב קוונטי יציב, איכשהו אנרגיה חוזרת ומשבשת את המצב הקוונטי.
בדרך כלל, מדענים מניחים שזה בגלל מערכות קירור לא מושלמות או מקור חום כלשהו בסביבה, אמר קורינקסי. אבל יכולה להיות סיבה נוספת, הוא אמר: "מה אם יש לנו מערכת קרה לחלוטין, והסיבה שאנחנו לא יכולים לקרר אותה ביעילות היא בגלל שהיא מופגזת כל הזמן על ידי חומר אפל?" דאס, קורינסקי וליין תהו האם ניתן לעצב מחדש מכשירים קוונטיים מוליכי-על כגלאי חומר אפל בתרמית. על פי החישובים שלהם, האנרגיה המינימלית הדרושה להפעלת חיישן קוונטי נמוכה מספיק - בסביבות אלפית האלקטרון וולט - כדי שיוכל לזהות חומר אפל גלקטי באנרגיה נמוכה כמו גם חלקיקי חומר אפל מחוממים התלויים סביב כדור הארץ.
כמובן, זה לא אומר שהחומר האפל אשם במכשירים קוונטיים משובשים - רק שזה אפשרי. השלב הבא, אמרו ליאן וקורינסקי, הוא להבין אם וכיצד הם יכולים להפוך מכשירים קוונטיים רגישים לגלאי חומר אפל.
עם זה, יש כמה דברים שצריך לקחת בחשבון. בתור התחלה, אולי יש חומר טוב יותר להכין ממנו את המכשיר. "חיפשנו אלומיניום מלכתחילה, וזה רק בגלל שזה כנראה החומר המאופיין הכי טוב ששימש לגלאים עד כה," אמר ליאן. "אבל יכול להתברר שעבור סוג טווח המסה שאנחנו מסתכלים עליו, וסוג הגלאי שאנחנו רוצים להשתמש בו, אולי יש חומר טוב יותר." קיימת גם אפשרות שחומר אפל בתרמית לא יקיים אינטראקציה עם מכשיר קוונטי באותו אופן שבו נחשד שחומר אפל גלקטי מקיים אינטראקציה עם מכשירי זיהוי ישיר, אמר ליאן. "במחקר הזה, רק חשבנו על מקרה פשוט לחומר אפל שנכנס ומקפץ ישר מהגלאי, אבל זה יכול לעשות הרבה דברים אחרים." לדוגמה, חלקיקים אחרים יכולים לקיים אינטראקציה עם חומר אפל שמשנים את אופן הפצת החלקיקים בגלאי.
"זה אחד הדברים הגדולים בלהיות ב-SLAC", אומר ליאן.
(משמאל) ההצעה החדשה לגילוי חומר אפל מחפשת אינטראקציות תכופות בין גרעינים בגלאי לחומר אפל בעל אנרגיה נמוכה שעשויים להימצא בכדור הארץ ובסביבתו. (מימין) ניסוי זיהוי ישיר קונבנציונלי מחפש רתיעה מדי פעם מפיזור חומר אפל. (תמונה: Anirban Das, Noah Kurinsky ו- Rebecca Leane) רוב ניסויי החומר האפל צדים אחר חומר אפל גלקטי, שמטיל רקעים לכדור הארץ ישירות מהחלל, אבל סוג אחר עשוי היה להסתובב סביב כדור הארץ במשך שנים, אמרה הפיזיקאית של SLAC רבקה ליאן, שהייתה מחבר על המחקר החדש (מכתבי סקירה פיזית, "כוח המושרה על ידי חומר אפל במכשירים קוונטיים").
"חומר אפל נכנס לכדור הארץ, מקפץ הרבה, ובסופו של דבר פשוט נכלא על ידי שדה הכבידה של כדור הארץ," אמר ליאן, והביא אותו לשיווי משקל שמדענים מתייחסים אליו כאל תרמי. עם הזמן, החומר האפל התרמי הזה מצטבר לצפיפות גבוהה יותר מכמה חלקיקים גלקטיים רופפים, כלומר יש סיכוי גבוה יותר שיפגע בגלאי. למרבה הצער, חומר אפל תרמי זז הרבה יותר לאט מחומר אפל גלקטי, כלומר הוא יעניק הרבה פחות אנרגיה מחומר אפל גלקטי - כנראה מעט מדי לגלאים מסורתיים לראות.
מתוך מחשבה על כך, ליאן ועמית פוסט-דוקטורט של SLAC Anirban Das פנו אל נוח קורינסקי, מדען צוות ב-SLAC ומנהיג מעבדה חדשה המתמקדת באיתור חומר אפל באמצעות חיישנים קוונטיים, שחשב על חידה: אפילו כאשר מוליכים הם מקורר לאפס מוחלט, מוציא את כל האנרגיה מהמערכת ויוצר מצב קוונטי יציב, איכשהו אנרגיה חוזרת ומשבשת את המצב הקוונטי.
בדרך כלל, מדענים מניחים שזה בגלל מערכות קירור לא מושלמות או מקור חום כלשהו בסביבה, אמר קורינקסי. אבל יכולה להיות סיבה נוספת, הוא אמר: "מה אם יש לנו מערכת קרה לחלוטין, והסיבה שאנחנו לא יכולים לקרר אותה ביעילות היא בגלל שהיא מופגזת כל הזמן על ידי חומר אפל?" דאס, קורינסקי וליין תהו האם ניתן לעצב מחדש מכשירים קוונטיים מוליכי-על כגלאי חומר אפל בתרמית. על פי החישובים שלהם, האנרגיה המינימלית הדרושה להפעלת חיישן קוונטי נמוכה מספיק - בסביבות אלפית האלקטרון וולט - כדי שיוכל לזהות חומר אפל גלקטי באנרגיה נמוכה כמו גם חלקיקי חומר אפל מחוממים התלויים סביב כדור הארץ.
כמובן, זה לא אומר שהחומר האפל אשם במכשירים קוונטיים משובשים - רק שזה אפשרי. השלב הבא, אמרו ליאן וקורינסקי, הוא להבין אם וכיצד הם יכולים להפוך מכשירים קוונטיים רגישים לגלאי חומר אפל.
עם זה, יש כמה דברים שצריך לקחת בחשבון. בתור התחלה, אולי יש חומר טוב יותר להכין ממנו את המכשיר. "חיפשנו אלומיניום מלכתחילה, וזה רק בגלל שזה כנראה החומר המאופיין הכי טוב ששימש לגלאים עד כה," אמר ליאן. "אבל יכול להתברר שעבור סוג טווח המסה שאנחנו מסתכלים עליו, וסוג הגלאי שאנחנו רוצים להשתמש בו, אולי יש חומר טוב יותר." קיימת גם אפשרות שחומר אפל בתרמית לא יקיים אינטראקציה עם מכשיר קוונטי באותו אופן שבו נחשד שחומר אפל גלקטי מקיים אינטראקציה עם מכשירי זיהוי ישיר, אמר ליאן. "במחקר הזה, רק חשבנו על מקרה פשוט לחומר אפל שנכנס ומקפץ ישר מהגלאי, אבל זה יכול לעשות הרבה דברים אחרים." לדוגמה, חלקיקים אחרים יכולים לקיים אינטראקציה עם חומר אפל שמשנים את אופן הפצת החלקיקים בגלאי.
"זה אחד הדברים הגדולים בלהיות ב-SLAC", אומר ליאן.
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
- PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
- מקור: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64933.php
