Посреди квантового шума: российские физики придумали, как искать темную материю
Российские ученые представили проект CASH по поиску аксионов — гипотетических элементарных частиц, которые, как предполагается по одной из гипотез, могут составлять основу темной материи. В рамках эксперимента они задействуют новый тип детектора: он работает не как усилитель, а как счетчик одиночных фотонов. По мнению физиков, у проекта большой потенциал: он может наконец пролить свет на природу этой загадочной субстанции.
Обычная (или барионная) материя, из которой состоят планеты, звезды и даже мы с вами, составляет менее 20% вещества во Вселенной. Остальное — это темная материя, невидимая материя, которая не испускает свет и не поглощает его: о ее существовании ученые знают только по гравитационному воздействию, которое она оказывает на галактики, их скопления и сверхскопления.
Основу темной материи, по представлениям некоторых ученых, составляют аксионы —очень легкие частицы, которые почти не взаимодействуют с обычным веществом и могут присутствовать во Вселенной в огромных количествах. Несколько десятилетий физики пытаются доказать существование аксионов: они считают, что эта частица при сильном магнитное поле может превратиться в фотон (хотя вероятность очень низка). И задача — поймать этот сигнал.
Для этого специалисты разрабатывают резонаторы, которые работают, как слуховые аппараты. Их помещают в мощное магнитное поле: если частота резонатора совпадет с частотой, соответствующей массе аксиона, то сигнал усилится. Однако ученые не знают массу частицы, поэтому им приходится перенастраивать резонатор в поисках нужной частоты. И в этом им мешает шум.
Но команда ученых из ведущих физических институтов Санкт-Петербурга, Нижнего Новгорода, Сарова и Москвы придумала, как преодолеть этот предел — с помощью установки «Космологический Аксионный Саровский Галоскоп» (CASH). Это новый тип детектора, в основе которого — сверхпроводящее устройство.
«Традиционные галоскопы пытаются усилить слабый сигнал, неизбежно усиливая вместе с ним и шум, — объяснил профессор кафедры фундаментальных взаимодействий и космологии МФТИ Дмитрий Горбунов. — Мы же идем другим путем: мы не усиливаем, а считаем. Наш детектор настолько чувствителен, что может зарегистрировать рождение одного-единственного фотона из аксиона».
Ученые хотят реализовать проект CASH в два этапа. На первом CASH-I они используют перестраиваемую медную полость и магнит с полем 1.7 Тесла. По их расчетам, за 12 дней наблюдений детектор достигнет чувствительности, которая будет превосходить все существующие аналоги в этой области масс.
На втором этапе CASH-II они задействуют магнит с полем до 10 Тесла и внедрят систему перестройки частоты резонатора. За счет этого они в течение года изучат диапазон масс аксионов от 38 до 54 микроэлектронвольт.
Ранее российские физики сняли вопрос о параллельных мирах. Что показал эксперимент DANSS — рассказывали здесь.
Визуализация Quantum Zeitgeist
Самое популярное
