28 martie 2024 (Știri Nanowerk) Încă de la descoperirea sa, materia întunecată a rămas invizibilă pentru oamenii de știință, în ciuda lansării multiplelor experimente cu detectoare de particule ultra-sensibile în întreaga lume de-a lungul mai multor decenii. Acum, fizicienii de la Laboratorul național de accelerație SLAC al Departamentului de Energie (DOE) propun o nouă modalitate de a căuta materia întunecată folosind dispozitive cuantice, care ar putea fi reglate în mod natural pentru a detecta ceea ce cercetătorii numesc materie întunecată termicizată.
(Stânga) Noua propunere de detectare a materiei întunecate caută interacțiuni frecvente între nucleele dintr-un detector și materia întunecată cu energie scăzută care poate fi prezentă în și în jurul Pământului. (Dreapta) Un experiment convențional de detectare directă caută recul ocazional de la împrăștierea materiei întunecate. (Imagine: Anirban Das, Noah Kurinsky și Rebecca Leane) Cele mai multe experimente cu materia întunecată vânează materia întunecată galactică, care se îndreaptă spre Pământ direct din spațiu, dar un alt tip ar fi putut să atârne în jurul Pământului de ani de zile, a spus fizicianul SLAC Rebecca Leane, care a fost un autor al noului studiu (Scrisori de recenzie fizică, „Puterea indusă de materia întunecată în dispozitivele cuantice”).
„Materia întunecată intră în Pământ, sare foarte mult și în cele din urmă este prinsă de câmpul gravitațional al Pământului”, a spus Leane, aducând-o într-un echilibru pe care oamenii de știință îl numesc termic. De-a lungul timpului, această materie întunecată termicizată se acumulează la o densitate mai mare decât cele câteva particule galactice libere, ceea ce înseamnă că ar putea fi mai probabil să lovească un detector. Din păcate, materia întunecată termicizată se mișcă mult mai lent decât materia întunecată galactică, ceea ce înseamnă că ar oferi mult mai puțină energie decât materia întunecată galactică - probabil prea puțină pentru detectorii tradiționali.
Având în vedere acest lucru, Leane și colegul postdoctoral din SLAC, Anirban Das, au contactat Noah Kurinsky, un om de știință la SLAC și liderul unui nou laborator axat pe detectarea materiei întunecate cu senzori cuantici, care se gândea la un puzzle: chiar și atunci când supraconductorii sunt răcit la zero absolut, eliminând toată energia din sistem și creând o stare cuantică stabilă, cumva energia reintră și perturbă starea cuantică.
De obicei, oamenii de știință presupun că acest lucru se datorează sistemelor imperfecte de răcire sau a unei surse de căldură din mediu, a spus Kurinksy. Dar ar putea exista un alt motiv, a spus el: „Dar dacă avem de fapt un sistem perfect rece și motivul pentru care nu îl putem răci eficient este că este bombardat în mod constant de materia întunecată?” Das, Kurinsky și Leane s-au întrebat dacă dispozitivele cuantice supraconductoare ar putea fi reproiectate ca detectoare de materie întunecată termică. Conform calculelor lor, energia minimă necesară pentru a activa un senzor cuantic este suficient de mică - în jur de o miime de electron volt - pentru a putea detecta materia întunecată galactică de energie scăzută, precum și particulele de materie întunecată termicizată care atârnă în jurul Pământului.
Desigur, asta nu înseamnă că materia întunecată este de vină pentru dispozitivele cuantice perturbate - doar că este posibil. Următorul pas, au spus Leane și Kurinsky, este să ne dăm seama dacă și cum pot transforma dispozitivele cuantice sensibile în detectoare de materie întunecată.
Cu asta, sunt câteva lucruri de luat în considerare. Pentru început, poate că există un material mai bun din care să facă dispozitivul. „Ne-am uitat la aluminiu pentru început, și asta doar pentru că acesta este probabil cel mai bine caracterizat material care a fost folosit pentru detectoare până acum”, a spus Leane. „Dar s-ar putea dovedi că, pentru tipul de interval de masă pe care îl analizăm și tipul de detector pe care vrem să-l folosim, poate că există un material mai bun.” Există, de asemenea, posibilitatea ca materia întunecată termicizată să nu interacționeze cu un dispozitiv cuantic în același mod în care se suspectează că materia întunecată galactică interacționează cu dispozitivele de detectare directă, a spus Leane. „În acest studiu, ne-am gândit doar la un caz simplu pentru materia întunecată care intră și sări direct din detector, dar ar putea face multe alte lucruri.” De exemplu, alte particule ar putea interacționa cu materia întunecată care schimbă modul în care particulele din detector sunt distribuite.
„Acesta este unul dintre lucrurile grozave despre a fi la SLAC”, spune Leane.
(Stânga) Noua propunere de detectare a materiei întunecate caută interacțiuni frecvente între nucleele dintr-un detector și materia întunecată cu energie scăzută care poate fi prezentă în și în jurul Pământului. (Dreapta) Un experiment convențional de detectare directă caută recul ocazional de la împrăștierea materiei întunecate. (Imagine: Anirban Das, Noah Kurinsky și Rebecca Leane) Cele mai multe experimente cu materia întunecată vânează materia întunecată galactică, care se îndreaptă spre Pământ direct din spațiu, dar un alt tip ar fi putut să atârne în jurul Pământului de ani de zile, a spus fizicianul SLAC Rebecca Leane, care a fost un autor al noului studiu (Scrisori de recenzie fizică, „Puterea indusă de materia întunecată în dispozitivele cuantice”).
„Materia întunecată intră în Pământ, sare foarte mult și în cele din urmă este prinsă de câmpul gravitațional al Pământului”, a spus Leane, aducând-o într-un echilibru pe care oamenii de știință îl numesc termic. De-a lungul timpului, această materie întunecată termicizată se acumulează la o densitate mai mare decât cele câteva particule galactice libere, ceea ce înseamnă că ar putea fi mai probabil să lovească un detector. Din păcate, materia întunecată termicizată se mișcă mult mai lent decât materia întunecată galactică, ceea ce înseamnă că ar oferi mult mai puțină energie decât materia întunecată galactică - probabil prea puțină pentru detectorii tradiționali.
Având în vedere acest lucru, Leane și colegul postdoctoral din SLAC, Anirban Das, au contactat Noah Kurinsky, un om de știință la SLAC și liderul unui nou laborator axat pe detectarea materiei întunecate cu senzori cuantici, care se gândea la un puzzle: chiar și atunci când supraconductorii sunt răcit la zero absolut, eliminând toată energia din sistem și creând o stare cuantică stabilă, cumva energia reintră și perturbă starea cuantică.
De obicei, oamenii de știință presupun că acest lucru se datorează sistemelor imperfecte de răcire sau a unei surse de căldură din mediu, a spus Kurinksy. Dar ar putea exista un alt motiv, a spus el: „Dar dacă avem de fapt un sistem perfect rece și motivul pentru care nu îl putem răci eficient este că este bombardat în mod constant de materia întunecată?” Das, Kurinsky și Leane s-au întrebat dacă dispozitivele cuantice supraconductoare ar putea fi reproiectate ca detectoare de materie întunecată termică. Conform calculelor lor, energia minimă necesară pentru a activa un senzor cuantic este suficient de mică - în jur de o miime de electron volt - pentru a putea detecta materia întunecată galactică de energie scăzută, precum și particulele de materie întunecată termicizată care atârnă în jurul Pământului.
Desigur, asta nu înseamnă că materia întunecată este de vină pentru dispozitivele cuantice perturbate - doar că este posibil. Următorul pas, au spus Leane și Kurinsky, este să ne dăm seama dacă și cum pot transforma dispozitivele cuantice sensibile în detectoare de materie întunecată.
Cu asta, sunt câteva lucruri de luat în considerare. Pentru început, poate că există un material mai bun din care să facă dispozitivul. „Ne-am uitat la aluminiu pentru început, și asta doar pentru că acesta este probabil cel mai bine caracterizat material care a fost folosit pentru detectoare până acum”, a spus Leane. „Dar s-ar putea dovedi că, pentru tipul de interval de masă pe care îl analizăm și tipul de detector pe care vrem să-l folosim, poate că există un material mai bun.” Există, de asemenea, posibilitatea ca materia întunecată termicizată să nu interacționeze cu un dispozitiv cuantic în același mod în care se suspectează că materia întunecată galactică interacționează cu dispozitivele de detectare directă, a spus Leane. „În acest studiu, ne-am gândit doar la un caz simplu pentru materia întunecată care intră și sări direct din detector, dar ar putea face multe alte lucruri.” De exemplu, alte particule ar putea interacționa cu materia întunecată care schimbă modul în care particulele din detector sunt distribuite.
„Acesta este unul dintre lucrurile grozave despre a fi la SLAC”, spune Leane.
- Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
- PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
- Sursa: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64933.php
