Ngày 28 tháng 2024 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) Kể từ khi được phát hiện, vật chất tối vẫn vô hình đối với các nhà khoa học, bất chấp việc triển khai nhiều thí nghiệm dò hạt siêu nhạy trên khắp thế giới trong nhiều thập kỷ. Giờ đây, các nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC của Bộ Năng lượng (DOE) đang đề xuất một phương pháp mới để tìm kiếm vật chất tối bằng cách sử dụng các thiết bị lượng tử, phương pháp này có thể được điều chỉnh một cách tự nhiên để phát hiện cái mà các nhà nghiên cứu gọi là vật chất tối nhiệt hóa.
(Trái) Đề xuất phát hiện vật chất tối mới tìm kiếm sự tương tác thường xuyên giữa các hạt nhân trong máy dò và vật chất tối năng lượng thấp có thể có trong và xung quanh Trái đất. (Phải) Một thí nghiệm dò tìm trực tiếp truyền thống tìm kiếm những lực giật thỉnh thoảng do sự tán xạ vật chất tối. (Hình ảnh: Anirban Das, Noah Kurinsky và Rebecca Leane) Hầu hết các thí nghiệm vật chất tối đều săn lùng vật chất tối trong thiên hà, chúng phóng thẳng vào Trái đất từ không gian, nhưng một loại khác có thể đã lơ lửng quanh Trái đất trong nhiều năm, nhà vật lý SLAC Rebecca Leane, người đã một tác giả về nghiên cứu mới (Physical Review Letters, “Sức mạnh cảm ứng vật chất tối trong các thiết bị lượng tử”).
“Vật chất tối đi vào Trái đất, nảy lên rất nhiều và cuối cùng bị giữ lại bởi trường hấp dẫn của Trái đất,” Leane nói, đưa nó về trạng thái cân bằng mà các nhà khoa học gọi là nhiệt hóa. Theo thời gian, vật chất tối bị nhiệt hóa này tích tụ với mật độ cao hơn so với một số hạt rời rạc trong thiên hà, có nghĩa là nó có nhiều khả năng va chạm với máy dò hơn. Thật không may, vật chất tối bị nhiệt hóa chuyển động chậm hơn nhiều so với vật chất tối của thiên hà, nghĩa là nó sẽ truyền ít năng lượng hơn nhiều so với vật chất tối của thiên hà – có lẽ là quá ít để các máy dò truyền thống có thể nhìn thấy.
Với ý nghĩ đó, Leane và đồng nghiệp sau tiến sĩ SLAC Anirban Das đã liên hệ với Noah Kurinsky, một nhà khoa học nhân viên tại SLAC và lãnh đạo một phòng thí nghiệm mới tập trung vào việc phát hiện vật chất tối bằng cảm biến lượng tử, người đã nghĩ về một câu đố: Ngay cả khi chất siêu dẫn được làm lạnh đến độ không tuyệt đối, loại bỏ toàn bộ năng lượng ra khỏi hệ thống và tạo ra trạng thái lượng tử ổn định, bằng cách nào đó năng lượng quay trở lại và phá vỡ trạng thái lượng tử.
Thông thường, các nhà khoa học cho rằng đó là do hệ thống làm mát không hoàn hảo hoặc một số nguồn nhiệt trong môi trường, Kurinksy cho biết. Nhưng có thể có một lý do khác, ông nói: “Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta thực sự có một hệ thống hoàn toàn lạnh và lý do chúng ta không thể làm nguội nó một cách hiệu quả là vì nó liên tục bị vật chất tối bắn phá?” Das, Kurinsky và Leane tự hỏi liệu các thiết bị lượng tử siêu dẫn có thể được thiết kế lại thành máy dò vật chất tối nhiệt hóa hay không. Theo tính toán của họ, năng lượng tối thiểu cần thiết để kích hoạt cảm biến lượng tử đủ thấp – khoảng một phần nghìn volt electron – để nó có thể phát hiện vật chất tối thiên hà năng lượng thấp cũng như các hạt vật chất tối nhiệt hóa treo quanh Trái đất.
Tất nhiên, điều đó không có nghĩa là vật chất tối là nguyên nhân gây ra sự gián đoạn của các thiết bị lượng tử – chỉ có điều điều đó là có thể. Leane và Kurinsky cho biết bước tiếp theo là tìm hiểu xem liệu họ có thể biến các thiết bị lượng tử nhạy cảm thành máy dò vật chất tối hay không và bằng cách nào.
Cùng với đó, có một số điều cần xem xét. Đầu tiên, có thể có một loại vật liệu tốt hơn để làm ra thiết bị này. Leane cho biết: “Chúng tôi bắt đầu xem xét nhôm và đó chỉ là vì đó có lẽ là vật liệu có đặc tính tốt nhất được sử dụng cho máy dò cho đến nay”. “Nhưng có thể hóa ra là đối với loại phạm vi khối lượng mà chúng tôi đang xem xét và loại máy dò mà chúng tôi muốn sử dụng, có thể sẽ có loại vật liệu tốt hơn.” Leane cho biết cũng có khả năng vật chất tối được nhiệt hóa sẽ không tương tác với thiết bị lượng tử giống như cách vật chất tối trong thiên hà được cho là tương tác với các thiết bị phát hiện trực tiếp. “Trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ nghĩ đến một trường hợp đơn giản cho vật chất tối đi vào và bật thẳng ra khỏi máy dò, nhưng nó có thể làm được rất nhiều thứ khác.” Ví dụ, các hạt khác có thể tương tác với vật chất tối làm thay đổi cách phân bố của các hạt trong máy dò.
Leane nói: “Đây là một trong những điều tuyệt vời khi làm việc tại SLAC.
(Trái) Đề xuất phát hiện vật chất tối mới tìm kiếm sự tương tác thường xuyên giữa các hạt nhân trong máy dò và vật chất tối năng lượng thấp có thể có trong và xung quanh Trái đất. (Phải) Một thí nghiệm dò tìm trực tiếp truyền thống tìm kiếm những lực giật thỉnh thoảng do sự tán xạ vật chất tối. (Hình ảnh: Anirban Das, Noah Kurinsky và Rebecca Leane) Hầu hết các thí nghiệm vật chất tối đều săn lùng vật chất tối trong thiên hà, chúng phóng thẳng vào Trái đất từ không gian, nhưng một loại khác có thể đã lơ lửng quanh Trái đất trong nhiều năm, nhà vật lý SLAC Rebecca Leane, người đã một tác giả về nghiên cứu mới (Physical Review Letters, “Sức mạnh cảm ứng vật chất tối trong các thiết bị lượng tử”).
“Vật chất tối đi vào Trái đất, nảy lên rất nhiều và cuối cùng bị giữ lại bởi trường hấp dẫn của Trái đất,” Leane nói, đưa nó về trạng thái cân bằng mà các nhà khoa học gọi là nhiệt hóa. Theo thời gian, vật chất tối bị nhiệt hóa này tích tụ với mật độ cao hơn so với một số hạt rời rạc trong thiên hà, có nghĩa là nó có nhiều khả năng va chạm với máy dò hơn. Thật không may, vật chất tối bị nhiệt hóa chuyển động chậm hơn nhiều so với vật chất tối của thiên hà, nghĩa là nó sẽ truyền ít năng lượng hơn nhiều so với vật chất tối của thiên hà – có lẽ là quá ít để các máy dò truyền thống có thể nhìn thấy.
Với ý nghĩ đó, Leane và đồng nghiệp sau tiến sĩ SLAC Anirban Das đã liên hệ với Noah Kurinsky, một nhà khoa học nhân viên tại SLAC và lãnh đạo một phòng thí nghiệm mới tập trung vào việc phát hiện vật chất tối bằng cảm biến lượng tử, người đã nghĩ về một câu đố: Ngay cả khi chất siêu dẫn được làm lạnh đến độ không tuyệt đối, loại bỏ toàn bộ năng lượng ra khỏi hệ thống và tạo ra trạng thái lượng tử ổn định, bằng cách nào đó năng lượng quay trở lại và phá vỡ trạng thái lượng tử.
Thông thường, các nhà khoa học cho rằng đó là do hệ thống làm mát không hoàn hảo hoặc một số nguồn nhiệt trong môi trường, Kurinksy cho biết. Nhưng có thể có một lý do khác, ông nói: “Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta thực sự có một hệ thống hoàn toàn lạnh và lý do chúng ta không thể làm nguội nó một cách hiệu quả là vì nó liên tục bị vật chất tối bắn phá?” Das, Kurinsky và Leane tự hỏi liệu các thiết bị lượng tử siêu dẫn có thể được thiết kế lại thành máy dò vật chất tối nhiệt hóa hay không. Theo tính toán của họ, năng lượng tối thiểu cần thiết để kích hoạt cảm biến lượng tử đủ thấp – khoảng một phần nghìn volt electron – để nó có thể phát hiện vật chất tối thiên hà năng lượng thấp cũng như các hạt vật chất tối nhiệt hóa treo quanh Trái đất.
Tất nhiên, điều đó không có nghĩa là vật chất tối là nguyên nhân gây ra sự gián đoạn của các thiết bị lượng tử – chỉ có điều điều đó là có thể. Leane và Kurinsky cho biết bước tiếp theo là tìm hiểu xem liệu họ có thể biến các thiết bị lượng tử nhạy cảm thành máy dò vật chất tối hay không và bằng cách nào.
Cùng với đó, có một số điều cần xem xét. Đầu tiên, có thể có một loại vật liệu tốt hơn để làm ra thiết bị này. Leane cho biết: “Chúng tôi bắt đầu xem xét nhôm và đó chỉ là vì đó có lẽ là vật liệu có đặc tính tốt nhất được sử dụng cho máy dò cho đến nay”. “Nhưng có thể hóa ra là đối với loại phạm vi khối lượng mà chúng tôi đang xem xét và loại máy dò mà chúng tôi muốn sử dụng, có thể sẽ có loại vật liệu tốt hơn.” Leane cho biết cũng có khả năng vật chất tối được nhiệt hóa sẽ không tương tác với thiết bị lượng tử giống như cách vật chất tối trong thiên hà được cho là tương tác với các thiết bị phát hiện trực tiếp. “Trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ nghĩ đến một trường hợp đơn giản cho vật chất tối đi vào và bật thẳng ra khỏi máy dò, nhưng nó có thể làm được rất nhiều thứ khác.” Ví dụ, các hạt khác có thể tương tác với vật chất tối làm thay đổi cách phân bố của các hạt trong máy dò.
Leane nói: “Đây là một trong những điều tuyệt vời khi làm việc tại SLAC.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64933.php
