28 марта 2024 г. (Новости Наноуэрк) С момента своего открытия темная материя оставалась невидимой для ученых, несмотря на запуск многочисленных экспериментов по сверхчувствительным детекторам частиц по всему миру на протяжении нескольких десятилетий. Теперь физики из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики (DOE) предлагают новый способ поиска темной материи с использованием квантовых устройств, которые могут быть естественным образом настроены для обнаружения того, что исследователи называют термализованной темной материей.
(Слева) Новое предложение по обнаружению темной материи направлено на частые взаимодействия между ядрами в детекторе и темной материей низкой энергии, которая может присутствовать на Земле и вокруг нее. (Справа) Традиционный эксперимент по прямому обнаружению ищет случайные отдачи от рассеяния темной материи. (Изображение: Анирбан Дас, Ноа Курински и Ребекка Лин) Большинство экспериментов с темной материей направлены на поиск галактической темной материи, которая устремляется на Землю прямо из космоса, но другой ее вид мог витать вокруг Земли в течение многих лет, сказала физик SLAC Ребекка Лин, автор нового исследования (Physical Review Letters,, «Энергия, индуцированная темной материей в квантовых устройствах»).
«Темная материя проникает в Землю, сильно отскакивает и в конечном итоге просто попадает в ловушку гравитационного поля Земли», — сказал Лин, приводя ее в равновесие, которое ученые называют термализованным. Со временем эта термализованная темная материя достигает более высокой плотности, чем несколько свободных галактических частиц, а это означает, что она с большей вероятностью попадет в детектор. К сожалению, термализованная темная материя движется гораздо медленнее, чем галактическая темная материя, а это означает, что она будет передавать гораздо меньше энергии, чем галактическая темная материя – вероятно, слишком мало для того, чтобы ее могли увидеть традиционные детекторы.
Имея это в виду, Лин и научный сотрудник SLAC Анирбан Дас обратились к Ною Курински, научному сотруднику SLAC и руководителю новой лаборатории, занимающейся обнаружением темной материи с помощью квантовых датчиков, который размышлял над загадкой: даже когда сверхпроводники охлаждается до абсолютного нуля, удаляя всю энергию из системы и создавая стабильное квантовое состояние, энергия каким-то образом возвращается и разрушает квантовое состояние.
Обычно ученые предполагают, что это происходит из-за несовершенства систем охлаждения или какого-то источника тепла в окружающей среде, сказал Курински. Но может быть и другая причина, сказал он: «Что, если у нас на самом деле совершенно холодная система, и причина, по которой мы не можем эффективно ее охладить, заключается в том, что она постоянно бомбардируется темной материей?» Дас, Куринский и Лин задавались вопросом, можно ли перепроектировать сверхпроводящие квантовые устройства в термализованные детекторы темной материи. Согласно их расчетам, минимальная энергия, необходимая для активации квантового датчика, достаточно мала – около одной тысячной электронвольта – чтобы он мог обнаружить низкоэнергетическую галактическую темную материю, а также термализованные частицы темной материи, висящие вокруг Земли.
Конечно, это не означает, что темная материя виновата в разрушении квантовых устройств – просто это возможно. Следующим шагом, по словам Лина и Курински, будет выяснить, можно ли превратить чувствительные квантовые устройства в детекторы темной материи и если да, то каким образом.
При этом есть несколько вещей, которые следует учитывать. Во-первых, возможно, есть материал получше, из которого можно сделать это устройство. «Сначала мы рассматривали алюминий, и это только потому, что это, вероятно, материал с лучшими характеристиками, который до сих пор использовался для детекторов», — сказал Лин. «Но может оказаться, что для того диапазона масс, который мы рассматриваем, и типа детектора, который мы хотим использовать, возможно, есть лучший материал». Также существует вероятность того, что термализованная темная материя не будет взаимодействовать с квантовым устройством так же, как, как предполагается, галактическая темная материя взаимодействует с устройствами прямого обнаружения, сказал Лин. «В этом исследовании мы просто думали о простом случае, когда темная материя входит и отражается прямо от детектора, но она может делать много других вещей». Например, другие частицы могут взаимодействовать с темной материей, что меняет способ распределения частиц в детекторе.
«Это одна из замечательных особенностей работы в SLAC», — говорит Лин.
(Слева) Новое предложение по обнаружению темной материи направлено на частые взаимодействия между ядрами в детекторе и темной материей низкой энергии, которая может присутствовать на Земле и вокруг нее. (Справа) Традиционный эксперимент по прямому обнаружению ищет случайные отдачи от рассеяния темной материи. (Изображение: Анирбан Дас, Ноа Курински и Ребекка Лин) Большинство экспериментов с темной материей направлены на поиск галактической темной материи, которая устремляется на Землю прямо из космоса, но другой ее вид мог витать вокруг Земли в течение многих лет, сказала физик SLAC Ребекка Лин, автор нового исследования (Physical Review Letters,, «Энергия, индуцированная темной материей в квантовых устройствах»).
«Темная материя проникает в Землю, сильно отскакивает и в конечном итоге просто попадает в ловушку гравитационного поля Земли», — сказал Лин, приводя ее в равновесие, которое ученые называют термализованным. Со временем эта термализованная темная материя достигает более высокой плотности, чем несколько свободных галактических частиц, а это означает, что она с большей вероятностью попадет в детектор. К сожалению, термализованная темная материя движется гораздо медленнее, чем галактическая темная материя, а это означает, что она будет передавать гораздо меньше энергии, чем галактическая темная материя – вероятно, слишком мало для того, чтобы ее могли увидеть традиционные детекторы.
Имея это в виду, Лин и научный сотрудник SLAC Анирбан Дас обратились к Ною Курински, научному сотруднику SLAC и руководителю новой лаборатории, занимающейся обнаружением темной материи с помощью квантовых датчиков, который размышлял над загадкой: даже когда сверхпроводники охлаждается до абсолютного нуля, удаляя всю энергию из системы и создавая стабильное квантовое состояние, энергия каким-то образом возвращается и разрушает квантовое состояние.
Обычно ученые предполагают, что это происходит из-за несовершенства систем охлаждения или какого-то источника тепла в окружающей среде, сказал Курински. Но может быть и другая причина, сказал он: «Что, если у нас на самом деле совершенно холодная система, и причина, по которой мы не можем эффективно ее охладить, заключается в том, что она постоянно бомбардируется темной материей?» Дас, Куринский и Лин задавались вопросом, можно ли перепроектировать сверхпроводящие квантовые устройства в термализованные детекторы темной материи. Согласно их расчетам, минимальная энергия, необходимая для активации квантового датчика, достаточно мала – около одной тысячной электронвольта – чтобы он мог обнаружить низкоэнергетическую галактическую темную материю, а также термализованные частицы темной материи, висящие вокруг Земли.
Конечно, это не означает, что темная материя виновата в разрушении квантовых устройств – просто это возможно. Следующим шагом, по словам Лина и Курински, будет выяснить, можно ли превратить чувствительные квантовые устройства в детекторы темной материи и если да, то каким образом.
При этом есть несколько вещей, которые следует учитывать. Во-первых, возможно, есть материал получше, из которого можно сделать это устройство. «Сначала мы рассматривали алюминий, и это только потому, что это, вероятно, материал с лучшими характеристиками, который до сих пор использовался для детекторов», — сказал Лин. «Но может оказаться, что для того диапазона масс, который мы рассматриваем, и типа детектора, который мы хотим использовать, возможно, есть лучший материал». Также существует вероятность того, что термализованная темная материя не будет взаимодействовать с квантовым устройством так же, как, как предполагается, галактическая темная материя взаимодействует с устройствами прямого обнаружения, сказал Лин. «В этом исследовании мы просто думали о простом случае, когда темная материя входит и отражается прямо от детектора, но она может делать много других вещей». Например, другие частицы могут взаимодействовать с темной материей, что меняет способ распределения частиц в детекторе.
«Это одна из замечательных особенностей работы в SLAC», — говорит Лин.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64933.php
