В России создали сверхчувствительные сенсоры для поиска темной материи
Российские исследователи создали сенсоры нового поколения, которые по ключевому параметру — чувствительности — в два-три раза превосходят лучшие мировые аналоги. Эта разработка открывает беспрецедентные возможности для изучения самых ранних этапов эволюции Вселенной и поиска одной из ее главных загадок — темной материи.
Авторами инновации выступили ученые из Института физики микроструктур Российской академии наук и Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. На свое изобретение они уже получили патент РФ. Новые детекторы, по сути, являются высокочувствительными приемниками электромагнитного излучения, способными улавливать сигналы невероятно малой мощности.
Принцип действия устройств основан на изменении температуры электронов в чувствительном элементе при попадании на него излучения, что регистрируется как изменение сигнала. Ключевой проблемой, с которой столкнулись разработчики, стала утечка тепла, приводящая к потере полезных данных.
Решить ее удалось благодаря использованию в конструкции детекторов тончайшего слоя гафния. Этот инновационный материал выполняет роль эффективного теплового барьера, замедляя передачу энергии от электронов к окружающей среде и одновременно снижая уровень паразитных токов. Это и обеспечивает уникальную чувствительность приборов.
Основные направления применения новых сенсоров — радиоастрономия. В первую очередь, их планируется использовать для детального изучения реликтового излучения — равномерного микроволнового фона, который является «эхом» Большого взрыва. Анализ его характеристик позволит получить принципиально новые данные о процессах, происходивших во Вселенной на заре ее существования
Однако, пожалуй, самым интригующим аспектом новой разработки является ее возможная роль в разгадке природы темной материи. Сенсоры могут быть применены для поиска аксионов — гипотетических сверхлегких частиц, которые в современной физике рассматриваются как один из основных кандидатов на роль компонентов скрытой массы Вселенной.
«Считается, что аксионы почти не взаимодействуют с обычным веществом, поэтому обнаружить их напрямую крайне сложно. Но под действием сильного магнитного поля они могут превращаться в фотоны — частицы электромагнитного излучения, которые способен зарегистрировать датчик», — отметил ведущий научный сотрудник ИФМ РАН и НГТУ Андрей Панкратов.
Если существование аксионов будет подтверждено, это не только станет одним из важнейших открытий в физике, но и откроет путь к немыслимым технологическим перспективам.
В теории, научившись управлять процессом конверсии аксионов в фотоны, человечество сможет получить доступ к практически неисчерпаемому источнику энергии. Поскольку предполагается, что темная материя пронизывает все пространство Вселенной, запасы такого ресурса могут быть колоссальными. В далекой перспективе энергию, добытую таким способом, можно было бы использовать на Земле или для космических аппаратов, отправляющихся к другим звездным системам.
«Корректнее говорить не об "энергии темной материи", а об энергии электромагнитного излучения, которая может конвертироваться из темной материи. Пока это лишь перспективная научная гипотеза», — пояснил Андрей Панкратов.
Однако новые сверхчувствительные датчики способны стать одним из ключевых инструментов для ее экспериментальной проверки. Помимо фундаментальных исследований, устройства могут найти применение в качестве резервных приемников как для перспективной космической обсерватории «Миллиметрон», так и для наземных астрофизических комплексов. В частности, такие радиотелескопы планируют размещать на горе Хулугайша в Восточных Саянах, в Бурятии.
Читайте также:
Антиматерия: что это такое, как выглядит, где используется и почему такая дорогая
Чем знаменита комета Галлея, когда была в последний раз и опасно ли ее возвращение
Эклиптика: что это простыми словами, какие созвездия пересекает и как влияет на планеты
Что такое Альдебаран, в каком созвездии он находится и как его найти на небе
Самое популярное
