Квантові технології допоможуть виявити темну матерію: фізики створили супердетектори

Фізики створили надхолодну квантову технологію, щоб виявити частинки загадкової темної матерії, яка зараз є однією з найбільших загадок науки. Незважаючи на те, що темної матерії у Всесвіті приблизно в 6 разів більше, ніж звичайної матерії, її ще нікому не вдалося виявити. Вчені створили два найчутливіші детектори темної матерії для виявлення абсолютно різних гіпотетичних частинок, з яких може складатися невловима речовина. Результати дослідження опубліковані в журналі The European Physical Journal C, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

За словами вчених, вони використовували для створення надчутливих детекторів темної матерії квантові технології за наднизьких температур. Тобто компоненти детекторів потрібно охолоджувати до до тисячної частки градуса вище абсолютного нуля. Це температура, за якої рух атомів припиняється.

Вважається, що темна матерія становить від 80% до 85% усієї матерії у Всесвіті. Але вона невидима через те, що не взаємодіє зі світлом і звичайною матерією. Якщо такі взаємодії й існують, то вони дуже слабкі і відбуваються дуже рідко. Вчені вже знають, що темна матерія не може складатися з частинок звичайної матерії, тобто електронів, протонів і нейтронів.

Єдина причина, з якої вважається, що темна матерія взагалі існує, полягає в тому, що ця загадкова речовина має масу, а отже відбувається взаємодія з гравітацією. Темна матерія може впливати на динаміку звичайної матерії і світла за допомогою цієї взаємодії, що дає змогу зробити висновок про її присутність.

Частинки темної матерії

Одним із кандидатів на те, з чого складається темна матерія, є легка гіпотетична частинка аксіон. Іншим кандидатом є більш масивна гіпотетична частинка вімп, що має дуже слабку взаємодію.

Фізики вважають, що і аксіони, і вімпи показуватимуть надслабкі взаємодії зі звичайною матерією, які теоретично можна виявити за допомогою чутливих детекторів. Якщо є дві частинки, то потрібні два детектори.

Детектори для виявлення темної матерії

Перший детектор QUEST-DMC призначений для виявлення зіткнення звичайної матерії з більш важкими частинками темної матерії або вімпами. Вважається, що маса цих частинок становить від 1% до трохи більшої за масу атома водню. У цьому детекторі використовується надплинний гелій-3, охолоджений до квантового стану для досягнення рекордної чутливості.

Детектор QSHS призначений для виявлення надзвичайно легких аксіонів, маса яких, як припускають, у мільярди разів легша за атом водню. Але їх неможливо виявити, коли вони взаємодіють зі звичайною матерією через їхню масу.

Але фізики вважають, що аксіонів надзвичайно багато, а значить їх можна знайти за допомогою крихітного електричного сигналу, що виникає внаслідок розпаду аксіонів у магнітному полі. Тому квантовий підсилювач QSHS зможе їх знайти, вважають фізики.

Фокус уже писав про те, що експерименти на Великому адронному колайдері дали змогу з'ясувати, що у верхні кварки, тобто частинки з найбільшою масою, також відчувають квантову заплутаність, як і інші частинки.

Також Фокус писав про можливо найдивнішу зірку в Чумацькому Шляху, що складається з хімічних елементів, які не зустрічаються в природі. Досі точно не відомо, яким чином зірка наповнилася такими елементами, але є кілька гіпотез.