Создан детектор, который сможет обнаружить темную материю
То, из чего состоят частицы темной материи и как они устроены, остается одной из величайших тайн физики. Ученые продолжают искать способы уловить хотя бы косвенные сигналы этого «невидимого каркаса» космоса. До сих пор большинство экспериментов было сосредоточено на поиске частиц с массой, сравнимой или немного превышающей массу обычных элементарных частиц. В этих исследованиях чаще всего применялись детекторы на основе жидкого ксенона. Однако проблема состоит в том, что, если частицы темной материи легче электрона, то ксеноновые детекторы их попросту не заметят.
Теперь международная команда физиков из Цюрихского университета сделала важный шаг к решению этой задачи. При помощи разработанного ими инновационного сверхпроводящего детектора одиночных фотонов (SNSPD), ученые смогли заглянуть в область масс темных частиц до одной десятой от массы электрона. Ранее в этом диапазоне проводить настолько чувствительные эксперименты специалистам не удавалось.
Впервые нам удалось искать темную материю в настолько низком диапазоне масс, и это стало возможным благодаря нашему усовершенствованному детектору.Лаура Баудисруководитель проекта
Секрет нового устройства — в использовании сверхпроводящих нанопроводов. Когда фотон, рожденный при столкновении темной материи с обычным веществом, попадает на такой провод, он слегка нагревает его. Это мгновенно разрушает сверхпроводимость, провод на короткое время становится обычным проводником, и возникающее изменение электрического сопротивления можно измерить.
Причем для своих новых экспериментов ученые усовершенствовали свой детектор, заменив нанопровода на микропровода для увеличения площади захвата. Они также придали устройству плоскую геометрию, что делает его чувствительным к направлению прилетающих частиц. Это важно, поскольку Земля движется сквозь «ветер» частиц темной материи, и их направление меняется в течение года. Способность регистрировать эти изменения помогает отличить сигналы темной материи от фонового шума.
В качестве следующего шага физики собираются, чтобы перенести эксперимент в подземные лаборатории, где детекторы будут надежнее защищены от космического излучения и фоновых помех. В будущем, по словам авторов работы, дальнейшие усовершенствования технологии могут позволить заглянуть в еще более «легкий» диапазон частиц, проверяя предсказания космологических моделей.
И хотя непосредственное открытие темной материи пока не состоялось, новая технология позволяет значительно сузить область поиска и приблизиться еще на шаг к разгадке секрета невидимого вещества, которое прочно удерживает нашу Вселенную от распада.
Ранее ученые выяснили, что темная материя может превращать планеты-гиганты в черные дыры.
