QROCODILE: физики испытали новый детектор для охоты за темной материей

Охота за темной материей идет десятилетиями, но прямого обнаружения до сих пор не было. Команда из Цюриха, Иерусалима и MIT предложила новый инструмент — эксперимент QROCODILE (Quantum Resolution-Optimized Cryogenic Observatory for Dark matter Incident at Low Energy). Его сердце — сверхпроводящие нанопроволочные однофотонные детекторы (SNSPD), обычно применяемые в квантовой оптике.

Нанонити из вольфрам-силицида охлаждают почти до абсолютного нуля — до 0,1 К. В этом состоянии электроны объединяются в пары Купера. Столкновение даже с минимальной энергией способно разрушить пару и породить «горячую точку», оставляющую измеримый электрический отклик. Для такой реакции требуется в тысячи раз меньше энергии, чем в традиционных ионизационных детекторах.

Первые тесты «Крокодила» показали: установка различает энерговклады порядка 0,1 эВ и способна проверять гипотезы о частицах массой всего в десятки кэВ. Это диапазон, недоступный большинству действующих экспериментов. Дополнительный плюс — чувствительность к ударам не только по электронам, но и по ядрам, а также естественная «направленность»: датчик фиксирует разницу в зависимости от траектории частицы. Это критично, ведь настоящий сигнал темной материи должен совпадать с движением Земли сквозь Млечный Путь, а фоновые источники — нет.

Пока QROCODILE — доказательство принципа, но исследователи уже планируют следующий шаг: увеличить площадь сенсоров, снизить порог, провести калибровки и перенести установку в подземную лабораторию Гран-Сассо, где космические лучи не будут мешать. Если замысел удастся, QROCODILE позволит заглянуть в еще не исследованную область параметров легкой темной материи и приблизиться к ее прямому обнаружению.

Кстати, мы недавно рассказывали о другой смелой гипотезе: черные дыры могут превращать обычную материю в темную энергию.

Фото QROCODILE collaboration