Ученые Ланкастерского университета, Оксфордского университета и Ройял-Холлоуэйского университета в Лондоне разработали сверхчувствительные детекторы темной материи на основе квантовых технологий. Результаты исследования опубликованы в Journal of Low Temperature Physics.
Темная материя составляет примерно 80 процентов материи во Вселенной, и ее наличие подтверждается гравитационными эффектами. Например, известно, что скорость звезд с удалением от центра галактики снижается медленнее, чем предсказывает ньютоновская гравитация на основе видимой массы, что свидетельствует о существовании скрытой массы. Однако все проведенные до сих пор эксперименты и наблюдения не смогли выявить гипотетические частицы темной материи.
Квантовые детекторы, работающие при сверхнизких температурах, созданы для того, чтобы наблюдать частицы темной материи непосредственно в лаборатории. Теория предлагает двух вероятных кандидатов на темную материю: слабовзаимодействующие частицы и легкие волнообразные частицы, называемые аксионами.
Частицы со сверхслабыми взаимодействиями могут быть обнаружены посредством их столкновений с обычной материей. Однако то, могут ли эти столкновения быть идентифицированы в эксперименте, зависит от массы искомой темной материи. Большинство поисков до сих пор могли бы обнаружить частицы темной материи, весящие от пяти до 1000 раз больше, чем атом водорода, но возможно, что гораздо более легкие кандидаты на темную материю могли быть пропущены.
Для обнаружения новых частиц команда использует детектор из сверхтекучего гелия-3, охлажденный до макроскопического квантового состояния и оснащенный сверхпроводящими квантовыми усилителями. Это позволяет достичь высокой чувствительности к столкновениям с темной материей массой от 0,01 до нескольких атомов водорода. Если же темная материя состоит из аксионов, команда использует квантовые усилители для поиска электрического сигнала от распада аксионов в магнитном поле.
