|
Однофотонный детектор ищет легкую темную материю
|
|
|
|
Считается, что около 80% массы Вселенной состоит из темной материи. Однако о составе и структуре частиц, составляющих темную материю, известно очень мало, что ставит перед физиками ряд фундаментальных вопросов. Чтобы исследовать эту неуловимую материю, исследователи пытаются уловить фотоны, или легкие частицы, которые образуются, когда частицы темной материи сталкиваются с привычной нам видимой материей.
|
|
|
|
Большинство экспериментов на сегодняшний день были сосредоточены на частицах темной материи с массами, которые более или менее совпадают с массами известных элементарных частиц. Однако, если частицы легче электрона, маловероятно, что их можно будет обнаружить с помощью современных стандартных детекторов, а именно детекторов на основе жидкого ксенона. До сих пор ни в одном эксперименте не удалось напрямую обнаружить темную материю. Тем не менее, это само по себе является важным открытием, поскольку показывает, что частицы темной материи не существуют в диапазоне масс и силы взаимодействия, которые были протестированы.
|
|
|
|
Международная команда, возглавляемая Лаурой Баудис, Титусом Нойпертом, Бьерном Пеннингом и Андреасом Шиллингом из физического факультета Ужгород-ского университета, теперь смогла исследовать существование частиц темной материи в широком диапазоне масс, не превышающем одного мегаэлектронвольта (МэВ). Используя усовершенствованный сверхпроводящий нанопроволочный однофотонный детектор (SNSPD), исследователи достигли порога чувствительности, составляющего примерно одну десятую массы электрона, выше которого существование частиц темной материи маловероятно. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
|
|
|
|
|
|
|
"Это первый раз, когда мы смогли найти частицы темной материи в таком малом диапазоне масс, что стало возможным благодаря новой технологии детектора", - говорит первый автор исследования Баудис.
|
|
|
|
В 2022 году исследователи протестировали первое устройство SNSPD, обладающее высокой чувствительностью к фотонам с низкой энергией. Когда фотон попадает на нанопроволоку, он слегка нагревает ее и заставляет мгновенно терять сверхпроводимость. Провод на короткое время становится обычным проводником, и в результате можно измерить увеличение электрического сопротивления.
|
|
Обнаружение мельчайших частиц темной материи
|
|
|
|
В своем последнем эксперименте ученые из Ужгорода оптимизировали SNSPD для обнаружения темной материи. В частности, они оснастили его сверхпроводящими микропроводами вместо нанопроводов, чтобы максимально увеличить его поперечное сечение. Они также придали ему тонкую плоскую геометрию, которая делает его очень чувствительным к изменениям направления. Ученые предполагают, что Земля проходит через "ветер" частиц темной материи, и поэтому направление частиц меняется в течение года в зависимости от относительной скорости. Устройство, способное улавливать изменения направления, может помочь отфильтровать события, не связанные с темной материей.
|
|
|
|
"Дальнейшие технологические усовершенствования SNSPD могут позволить нам обнаруживать сигналы от частиц темной материи с еще меньшей массой. Мы также хотим разместить систему под землей, где она будет лучше защищена от других источников излучения", - говорит Титус Нойперт. За пределами диапазона масс электронов современные модели, описывающие темную материю, сталкиваются со значительными астрофизическими и космологическими ограничениями.
|
|
|
|
Источник
|
