28년 2024월 XNUMX일(나노 워크 뉴스) 암흑 물질은 발견 이후 수십 년에 걸쳐 전 세계에서 여러 차례 초고감도 입자 탐지기 실험이 시작되었음에도 불구하고 과학자들에게 보이지 않는 채로 남아 있었습니다. 이제 에너지부(DOE) SLAC 국립 가속기 연구소의 물리학자들은 양자 장치를 사용하여 암흑 물질을 찾는 새로운 방법을 제안하고 있습니다. 이 방법은 연구원들이 열화된 암흑 물질이라고 부르는 것을 감지하도록 자연스럽게 조정될 수 있습니다.
(왼쪽) 새로운 암흑 물질 탐지 제안은 탐지기의 핵과 지구 안팎에 존재할 수 있는 저에너지 암흑 물질 사이의 빈번한 상호 작용을 찾습니다. (오른쪽) 기존의 직접 탐지 실험에서는 암흑물질 산란으로 인한 간헐적인 반동을 찾습니다. (이미지: Anirban Das, Noah Kurinsky 및 Rebecca Leane) 대부분의 암흑 물질 실험은 우주에서 지구로 직접 발사되는 은하계 암흑 물질을 사냥하지만 다른 종류는 수년 동안 지구 주위에 매달려 있었을 수도 있다고 SLAC 물리학자 Rebecca Leane이 말했습니다. 새로운 연구의 저자 (피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters), “양자 장치의 암흑물질 유도 전력”).
Leane은 "암흑 물질은 지구로 들어가고, 많이 튕기며 결국 지구의 중력장에 갇히게 됩니다."라고 Leane은 말했습니다. 이를 통해 과학자들은 이를 열화라고 부르는 평형 상태로 만들었습니다. 시간이 지남에 따라 이 열화된 암흑 물질은 몇 개의 느슨한 은하 입자보다 더 높은 밀도로 축적되어 탐지기에 닿을 가능성이 더 커질 수 있습니다. 불행하게도 열화된 암흑물질은 은하계 암흑물질보다 훨씬 더 느리게 움직입니다. 즉, 은하계 암흑물질보다 훨씬 적은 에너지를 전달한다는 의미입니다. 이는 기존 탐지기가 감지하기에는 너무 적은 에너지일 가능성이 높습니다.
이를 염두에 두고 Leane과 SLAC 박사후 연구원 Anirban Das는 SLAC의 직원 과학자이자 양자 센서를 사용하여 암흑 물질을 탐지하는 데 초점을 맞춘 새로운 연구소의 리더인 Noah Kurinsky에게 연락했습니다. 그는 수수께끼에 대해 생각하고 있었습니다. 절대 영도까지 냉각되어 시스템에서 모든 에너지를 제거하고 안정적인 양자 상태를 생성하면 어떻게든 에너지가 다시 들어가 양자 상태를 방해합니다.
일반적으로 과학자들은 이것이 불완전한 냉각 시스템이나 환경의 일부 열원 때문이라고 가정한다고 Kurinksy는 말했습니다. 그러나 또 다른 이유가 있을 수 있다고 그는 말했습니다. "실제로 완벽하게 차가운 시스템이 있고 이를 효과적으로 냉각할 수 없는 이유가 암흑 물질의 공격을 계속 받고 있기 때문이라면 어떨까요?" Das, Kurinsky 및 Leane은 초전도 양자 장치를 열화된 암흑 물질 탐지기로 재설계할 수 있는지 궁금해했습니다. 그들의 계산에 따르면, 양자 센서를 활성화하는 데 필요한 최소 에너지는 전자 볼트의 약 1000분의 1볼트 정도로 낮아 저에너지 은하계 암흑 물질은 물론 지구 주위에 떠 있는 열화된 암흑 물질 입자도 감지할 수 있습니다.
물론 그렇다고 해서 암흑 물질이 양자 장치 교란의 원인이 된다는 의미는 아니며 단지 가능하다는 뜻일 뿐입니다. Leane과 Kurinsky는 다음 단계는 민감한 양자 장치를 암흑 물질 탐지기로 전환할 수 있는지 여부와 방법을 알아내는 것이라고 말했습니다.
이를 위해 고려해야 할 몇 가지 사항이 있습니다. 우선, 장치를 만드는 데 더 좋은 재료가 있을 수 있습니다. “우리는 처음부터 알루미늄을 살펴보고 있었는데, 이는 아마도 지금까지 감지기에 사용된 재료 중 가장 특성이 뛰어난 재료일 것이기 때문입니다.”라고 Leane은 말했습니다. "그러나 우리가 보고 있는 질량 범위와 사용하려는 검출기의 종류에 따라 더 나은 재료가 있을 수 있다는 것이 밝혀질 수 있습니다." 또한 열화된 암흑물질은 은하계 암흑물질이 직접 탐지 장치와 상호작용하는 것으로 의심되는 것과 같은 방식으로 양자 장치와 상호작용하지 않을 가능성도 있다고 Leane은 말했습니다. "이 연구에서 우리는 암흑 물질이 들어와 탐지기에서 곧바로 튀어오르는 간단한 사례에 대해서만 생각했지만 다른 많은 일을 할 수 있었습니다." 예를 들어, 다른 입자는 탐지기의 입자가 분포되는 방식을 변경하는 암흑 물질과 상호 작용할 수 있습니다.
“이것은 SLAC에 있는 가장 큰 장점 중 하나입니다.”라고 Leane은 말합니다.
(왼쪽) 새로운 암흑 물질 탐지 제안은 탐지기의 핵과 지구 안팎에 존재할 수 있는 저에너지 암흑 물질 사이의 빈번한 상호 작용을 찾습니다. (오른쪽) 기존의 직접 탐지 실험에서는 암흑물질 산란으로 인한 간헐적인 반동을 찾습니다. (이미지: Anirban Das, Noah Kurinsky 및 Rebecca Leane) 대부분의 암흑 물질 실험은 우주에서 지구로 직접 발사되는 은하계 암흑 물질을 사냥하지만 다른 종류는 수년 동안 지구 주위에 매달려 있었을 수도 있다고 SLAC 물리학자 Rebecca Leane이 말했습니다. 새로운 연구의 저자 (피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters), “양자 장치의 암흑물질 유도 전력”).
Leane은 "암흑 물질은 지구로 들어가고, 많이 튕기며 결국 지구의 중력장에 갇히게 됩니다."라고 Leane은 말했습니다. 이를 통해 과학자들은 이를 열화라고 부르는 평형 상태로 만들었습니다. 시간이 지남에 따라 이 열화된 암흑 물질은 몇 개의 느슨한 은하 입자보다 더 높은 밀도로 축적되어 탐지기에 닿을 가능성이 더 커질 수 있습니다. 불행하게도 열화된 암흑물질은 은하계 암흑물질보다 훨씬 더 느리게 움직입니다. 즉, 은하계 암흑물질보다 훨씬 적은 에너지를 전달한다는 의미입니다. 이는 기존 탐지기가 감지하기에는 너무 적은 에너지일 가능성이 높습니다.
이를 염두에 두고 Leane과 SLAC 박사후 연구원 Anirban Das는 SLAC의 직원 과학자이자 양자 센서를 사용하여 암흑 물질을 탐지하는 데 초점을 맞춘 새로운 연구소의 리더인 Noah Kurinsky에게 연락했습니다. 그는 수수께끼에 대해 생각하고 있었습니다. 절대 영도까지 냉각되어 시스템에서 모든 에너지를 제거하고 안정적인 양자 상태를 생성하면 어떻게든 에너지가 다시 들어가 양자 상태를 방해합니다.
일반적으로 과학자들은 이것이 불완전한 냉각 시스템이나 환경의 일부 열원 때문이라고 가정한다고 Kurinksy는 말했습니다. 그러나 또 다른 이유가 있을 수 있다고 그는 말했습니다. "실제로 완벽하게 차가운 시스템이 있고 이를 효과적으로 냉각할 수 없는 이유가 암흑 물질의 공격을 계속 받고 있기 때문이라면 어떨까요?" Das, Kurinsky 및 Leane은 초전도 양자 장치를 열화된 암흑 물질 탐지기로 재설계할 수 있는지 궁금해했습니다. 그들의 계산에 따르면, 양자 센서를 활성화하는 데 필요한 최소 에너지는 전자 볼트의 약 1000분의 1볼트 정도로 낮아 저에너지 은하계 암흑 물질은 물론 지구 주위에 떠 있는 열화된 암흑 물질 입자도 감지할 수 있습니다.
물론 그렇다고 해서 암흑 물질이 양자 장치 교란의 원인이 된다는 의미는 아니며 단지 가능하다는 뜻일 뿐입니다. Leane과 Kurinsky는 다음 단계는 민감한 양자 장치를 암흑 물질 탐지기로 전환할 수 있는지 여부와 방법을 알아내는 것이라고 말했습니다.
이를 위해 고려해야 할 몇 가지 사항이 있습니다. 우선, 장치를 만드는 데 더 좋은 재료가 있을 수 있습니다. “우리는 처음부터 알루미늄을 살펴보고 있었는데, 이는 아마도 지금까지 감지기에 사용된 재료 중 가장 특성이 뛰어난 재료일 것이기 때문입니다.”라고 Leane은 말했습니다. "그러나 우리가 보고 있는 질량 범위와 사용하려는 검출기의 종류에 따라 더 나은 재료가 있을 수 있다는 것이 밝혀질 수 있습니다." 또한 열화된 암흑물질은 은하계 암흑물질이 직접 탐지 장치와 상호작용하는 것으로 의심되는 것과 같은 방식으로 양자 장치와 상호작용하지 않을 가능성도 있다고 Leane은 말했습니다. "이 연구에서 우리는 암흑 물질이 들어와 탐지기에서 곧바로 튀어오르는 간단한 사례에 대해서만 생각했지만 다른 많은 일을 할 수 있었습니다." 예를 들어, 다른 입자는 탐지기의 입자가 분포되는 방식을 변경하는 암흑 물질과 상호 작용할 수 있습니다.
“이것은 SLAC에 있는 가장 큰 장점 중 하나입니다.”라고 Leane은 말합니다.
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- 출처: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64933.php
