Naukowcy pracują nad superzimnymi technologiami kwantowymi, które mają pomóc w poszukiwaniu ciemnej materii – jednej z największych zagadek współczesnej nauki. Pomimo że ciemna materia stanowi sześciokrotnie więcej materii we Wszechświecie niż materia zwykła, nadal nie wiemy, czym dokładnie jest. Żadnemu dotychczasowemu eksperymentowi nie udało się jej bezpośrednio wykryć. Aby rozwiązać ten problem, naukowcy z kilku uniwersytetów w Wielkiej Brytanii połączyli siły, aby zbudować dwa najbardziej czułe detektory ciemnej materii. Każdy eksperyment będzie poszukiwał innego hipotetycznego cząsteczki, która mogłaby stanowić ciemną materię. Te cząstki, mimo że mają pewne wspólne cechy, różnią się także pod wieloma względami, co wymaga zastosowania różnych technik detekcji.
Sprzęt używany w obu eksperymentach jest tak czuły, że jego komponenty muszą być schłodzone do tysięcznej części stopnia powyżej zera absolutnego – teoretycznej, nieosiągalnej temperatury, w której zatrzymałby się wszelki ruch atomowy. To chłodzenie ma na celu zapobieżenie zakłóceniom, czyli „szumom” z otoczenia, które mogłyby wpływać na pomiary. Mimo że ciemna materia stanowi około 80-85% Wszechświata, jest dla nas niewidoczna, ponieważ nie oddziałuje ze światłem ani „codzienną” materią. Wiemy, że nie może być zbudowana z elektronów, protonów i neutronów – cząstek tworzących materię barionową, z której składają się gwiazdy, planety i wszelkie znane nam obiekty. Obecność ciemnej materii jest jedynie wnioskowana na podstawie jej masy, co pozwala jej wpływać na dynamikę zwykłej materii i światła.
Jednym z głównych podejrzanych w poszukiwaniach ciemnej materii jest bardzo lekka cząsteczka zwana aksjonem. Naukowcy teoretyzują również, że ciemna materia może być zbudowana z masywniejszych, nieznanych jeszcze cząsteczek, których oddziaływania są na tyle słabe, że nie zostały dotąd wykryte. Eksperyment Quantum Enhanced Superfluid Technologies for Dark Matter and Cosmology (QUEST-DMC) został zaprojektowany do wykrywania interakcji zwykłej materii z cząsteczkami ciemnej materii o masach od 1% do kilku razy większych niż masa atomu wodoru. QUEST-DMC wykorzystuje hel-3, stabilny izotop helu, schłodzony do stanu kwantowego, aby osiągnąć rekordową czułość w wykrywaniu ultrasłabych interakcji.
QUEST-DMC nie jest jednak w stanie wykryć aksjonów, które są miliardy razy lżejsze od atomu wodoru. Aksjony, mimo że mają niewielką masę, mogą być bardzo obfite. W związku z tym najlepszym sposobem ich poszukiwania jest detekcja sygnału elektrycznego powstającego przy rozpadzie aksjonów w polu magnetycznym. Do tego celu naukowcy planują wykorzystać Quantum Sensors for the Hidden Sector (QSHS), kwantowy wzmacniacz zdolny do wykrywania tych słabych sygnałów. Jeśli jesteś w Wielkiej Brytanii, możesz zobaczyć oba eksperymenty, QSHS i QUEST-DMC, na Letniej Wystawie Naukowej Uniwersytetu w Lancaster. Wystawa obejmuje także pokaz, jak naukowcy wnioskują o obecności ciemnej materii w galaktykach, oraz demonstrację ultraniskich temperatur wymaganych przez technologie kwantowe.
Źródło: Yahoo News
