28 年 2024 月 XNUMX 日 (Nanowerk新聞）自從暗物質被發現以來，儘管幾十年來世界各地啟動了多個超靈敏粒子探測器實驗，但暗物質仍然對科學家來說是不可見的。現在，美國能源部 (DOE) SLAC 國家加速器實驗室的物理學家正在提出一種使用量子設備尋找暗物質的新方法，這種設備可能會自然地調整以檢測研究人員所說的熱化暗物質。
（左）新的暗物質探測提案尋找探測器中的原子核與地球內部和周圍可能存在的低能暗物質之間的頻繁相互作用。 （右）傳統的直接探測實驗尋找暗物質散射引起的偶爾反沖。 （圖片來源：Anirban Das、Noah Kurinsky 和Rebecca Leane）SLAC 物理學家Rebecca Leane 表示，大多數暗物質實驗都是尋找銀河暗物質，這些暗物質直接從太空飛入地球，但另一種暗物質可能已經在地球周圍徘徊多年。這項新研究的作者（“物理評論快報”, “量子設備中的暗物質感應功率”).
萊恩說：「暗物質進入地球，四處反彈，最終被地球引力場捕獲。」這使其進入科學家稱之為熱化的平衡狀態。 隨著時間的推移，這種熱化暗物質的密度會比少數鬆散的星系粒子更高，這意味著它更有可能撞擊偵測器。 不幸的是，熱化暗物質的移動速度比銀河暗物質慢得多，這意味著它傳遞的能量比銀河暗物質少得多——對於傳統探測器來說可能太少了。
考慮到這一點，Leane 和 SLAC 博士後研究員 Anirban Das 聯繫了 SLAC 的科學家、專注於用量子感測器探測暗物質的新實驗室的負責人 Noah Kurinsky，他一直在思考一個難題：即使超導體冷卻到絕對零，將所有能量移出系統並創建穩定的量子態，能量以某種方式重新進入並破壞量子態。
庫林斯基說，通常情況下，科學家認為這是由於冷卻系統不完善或環境中存在某些熱源所造成的。 但可能還有另一個原因，他說：“如果我們實際上有一個完全冷的系統，而我們無法有效冷卻它的原因是因為它不斷受到暗物質的轟擊，該怎麼辦？”達斯、庫林斯基和利恩想知道是否可以將超導量子設備重新設計為熱化暗物質探測器。 根據他們的計算，激活量子感測器所需的最小能量足夠低——大約千分之一電子伏特——它可以檢測低能量銀河暗物質以及懸掛在地球周圍的熱化暗物質粒子。
當然，這並不意味著暗物質是量子設備中斷的罪魁禍首——只是這是有可能的。 萊恩和庫林斯基說，下一步是弄清楚他們是否以及如何將敏感的量子設備轉變為暗物質探測器。
因此，有一些事情需要考慮。 對於初學者來說，也許有更好的材料來製造該設備。 「我們首先考慮的是鋁，這只是因為這可能是迄今為止用於探測器的最好的特性材料，」Leane 說。 “但結果可能是，對於我們正在研究的品質範圍，以及我們想要使用的探測器，也許有更好的材料。”萊恩說，熱化暗物質也有可能不會與量子設備相互作用，就像銀河系暗物質與直接探測設備相互作用一樣。 “在這項研究中，我們只是考慮暗物質進入並直接從探測器反彈的簡單情況，但它可以做很多其他事情。”例如，其他粒子可能與暗物質相互作用，從而改變探測器中粒子的分佈方式。
「這是在 SLAC 的一大好處，」Leane 說。
（左）新的暗物質探測提案尋找探測器中的原子核與地球內部和周圍可能存在的低能暗物質之間的頻繁相互作用。 （右）傳統的直接探測實驗尋找暗物質散射引起的偶爾反沖。 （圖片來源：Anirban Das、Noah Kurinsky 和Rebecca Leane）SLAC 物理學家Rebecca Leane 表示，大多數暗物質實驗都是尋找銀河暗物質，這些暗物質直接從太空飛入地球，但另一種暗物質可能已經在地球周圍徘徊多年。這項新研究的作者（“物理評論快報”, “量子設備中的暗物質感應功率”).
萊恩說：「暗物質進入地球，四處反彈，最終被地球引力場捕獲。」這使其進入科學家稱之為熱化的平衡狀態。 隨著時間的推移，這種熱化暗物質的密度會比少數鬆散的星系粒子更高，這意味著它更有可能撞擊偵測器。 不幸的是，熱化暗物質的移動速度比銀河暗物質慢得多，這意味著它傳遞的能量比銀河暗物質少得多——對於傳統探測器來說可能太少了。
考慮到這一點，Leane 和 SLAC 博士後研究員 Anirban Das 聯繫了 SLAC 的科學家、專注於用量子感測器探測暗物質的新實驗室的負責人 Noah Kurinsky，他一直在思考一個難題：即使超導體冷卻到絕對零，將所有能量移出系統並創建穩定的量子態，能量以某種方式重新進入並破壞量子態。
庫林斯基說，通常情況下，科學家認為這是由於冷卻系統不完善或環境中存在某些熱源所造成的。 但可能還有另一個原因，他說：“如果我們實際上有一個完全冷的系統，而我們無法有效冷卻它的原因是因為它不斷受到暗物質的轟擊，該怎麼辦？”達斯、庫林斯基和利恩想知道是否可以將超導量子設備重新設計為熱化暗物質探測器。 根據他們的計算，激活量子感測器所需的最小能量足夠低——大約千分之一電子伏特——它可以檢測低能量銀河暗物質以及懸掛在地球周圍的熱化暗物質粒子。
當然，這並不意味著暗物質是量子設備中斷的罪魁禍首——只是這是有可能的。 萊恩和庫林斯基說，下一步是弄清楚他們是否以及如何將敏感的量子設備轉變為暗物質探測器。
因此，有一些事情需要考慮。 對於初學者來說，也許有更好的材料來製造該設備。 「我們首先考慮的是鋁，這只是因為這可能是迄今為止用於探測器的最好的特性材料，」Leane 說。 “但結果可能是，對於我們正在研究的品質範圍，以及我們想要使用的探測器，也許有更好的材料。”萊恩說，熱化暗物質也有可能不會與量子設備相互作用，就像銀河系暗物質與直接探測設備相互作用一樣。 “在這項研究中，我們只是考慮暗物質進入並直接從探測器反彈的簡單情況，但它可以做很多其他事情。”例如，其他粒子可能與暗物質相互作用，從而改變探測器中粒子的分佈方式。
「這是在 SLAC 的一大好處，」Leane 說。
