Создание самого точного в истории детектора тёмной материи стало результатом работы учёных из King's College London, Гарвардского университета, Калифорнийского университета в Беркли и других исследовательских центров. В основе проекта лежит применение уникального материала — теллурида висмута и марганца (MnBi₂Te₄), который обрабатывается до двухмерных атомарных слоёв, что позволяет существенно повысить чувствительность к частицам-кандидатам на роль тёмной материи — аксионам.
Тёмная материя, по оценкам, составляет до 85% массы Вселенной, однако её природа до сих пор остаётся неясной. Одной из главных гипотез является существование аксионов — мельчайших и слабо взаимодействующих частиц, обладающих волновыми свойствами и способных объяснить аномалии в гравитационном поведении космических объектов. Частота аксионов неизвестна, но теоретически она может находиться в диапазоне от килогерц (человеческий слух) до крайне высоких терахерц.
Новый детектор получил неформальное название «космическое автомобильное радио». Его задача — «настроиться» на частоту аксиона и зафиксировать малейшее свечение, возникающее при совпадении частоты аксионного квазичастицы (AQ) с частотой аксиона. AQ способен передавать свою частоту в космос и при совпадении с аксионом излучает очень слабый свет, что и станет сигналом для учёных. Наиболее перспективным считается поиск аксионов именно в высокочастотном терахерцовом диапазоне.
Расчёты научной команды показывают, что на создание полноценно работающего детектора потребуется около пяти лет при условии масштабирования производства AQ-материала. Для дальнейшего сканирования высокочастотного спектра, где, по предположениям, и скрывается тёмная материя, потребуется ещё десять лет. Таким образом, открытие тёмной материи может произойти уже в течение ближайших 15 лет.
Важнейшее свойство MnBi₂Te₄ — высокая чувствительность к внешним воздействиям, включая контакт с воздухом. Ведущий автор исследования из Гарварда Цзян-Сян Цю уточняет: «Поскольку MnBi₂Te₄ настолько чувствителен к воздуху, нам пришлось эксфолировать его до нескольких атомарных слоёв, чтобы точно настроить его свойства. Это позволило нам наблюдать уникальные физические эффекты и увидеть, как материал взаимодействует с такими квантовыми объектами, как аксион».
Работа по созданию и отработке технологии подготовки материала заняла у исследовательской группы шесть лет. Тонкая настройка структуры позволила добиться возможности адаптации к диапазону частот, в котором может находиться аксион.
Доктор Дэвид Марш, один из руководителей проекта из King's College London, говорит: «Теперь мы можем создать детектор тёмной материи, который по сути является космическим автомобильным радио, настраивающимся на частоты нашей Галактики в поисках аксиона. У нас уже есть необходимые технологии, теперь всё зависит от масштаба и времени». Он также подчёркивает: «Это действительно захватывающее время для исследований тёмной материи. Сейчас публикуется столько статей об аксионах, сколько было о бозоне Хиггса за год до его открытия». Напомним, теоретическое предсказание радиочастотной природы аксиона было сделано ещё в 1983 году, и теперь, по словам Марша, «мы можем настраиваться на эту частоту — мы быстро приближаемся к обнаружению аксиона».
Динамика публикаций по теме напоминает период перед открытием бозона Хиггса, когда в научном сообществе наблюдался всплеск интереса и активности. В случае успеха, технология «космического радио» станет не только ключом к разгадке самой большой тайны Вселенной, но и откроет новые горизонты в физике элементарных частиц.
Изображение носит иллюстративный характер
Тёмная материя, по оценкам, составляет до 85% массы Вселенной, однако её природа до сих пор остаётся неясной. Одной из главных гипотез является существование аксионов — мельчайших и слабо взаимодействующих частиц, обладающих волновыми свойствами и способных объяснить аномалии в гравитационном поведении космических объектов. Частота аксионов неизвестна, но теоретически она может находиться в диапазоне от килогерц (человеческий слух) до крайне высоких терахерц.
Новый детектор получил неформальное название «космическое автомобильное радио». Его задача — «настроиться» на частоту аксиона и зафиксировать малейшее свечение, возникающее при совпадении частоты аксионного квазичастицы (AQ) с частотой аксиона. AQ способен передавать свою частоту в космос и при совпадении с аксионом излучает очень слабый свет, что и станет сигналом для учёных. Наиболее перспективным считается поиск аксионов именно в высокочастотном терахерцовом диапазоне.
Расчёты научной команды показывают, что на создание полноценно работающего детектора потребуется около пяти лет при условии масштабирования производства AQ-материала. Для дальнейшего сканирования высокочастотного спектра, где, по предположениям, и скрывается тёмная материя, потребуется ещё десять лет. Таким образом, открытие тёмной материи может произойти уже в течение ближайших 15 лет.
Важнейшее свойство MnBi₂Te₄ — высокая чувствительность к внешним воздействиям, включая контакт с воздухом. Ведущий автор исследования из Гарварда Цзян-Сян Цю уточняет: «Поскольку MnBi₂Te₄ настолько чувствителен к воздуху, нам пришлось эксфолировать его до нескольких атомарных слоёв, чтобы точно настроить его свойства. Это позволило нам наблюдать уникальные физические эффекты и увидеть, как материал взаимодействует с такими квантовыми объектами, как аксион».
Работа по созданию и отработке технологии подготовки материала заняла у исследовательской группы шесть лет. Тонкая настройка структуры позволила добиться возможности адаптации к диапазону частот, в котором может находиться аксион.
Доктор Дэвид Марш, один из руководителей проекта из King's College London, говорит: «Теперь мы можем создать детектор тёмной материи, который по сути является космическим автомобильным радио, настраивающимся на частоты нашей Галактики в поисках аксиона. У нас уже есть необходимые технологии, теперь всё зависит от масштаба и времени». Он также подчёркивает: «Это действительно захватывающее время для исследований тёмной материи. Сейчас публикуется столько статей об аксионах, сколько было о бозоне Хиггса за год до его открытия». Напомним, теоретическое предсказание радиочастотной природы аксиона было сделано ещё в 1983 году, и теперь, по словам Марша, «мы можем настраиваться на эту частоту — мы быстро приближаемся к обнаружению аксиона».
Динамика публикаций по теме напоминает период перед открытием бозона Хиггса, когда в научном сообществе наблюдался всплеск интереса и активности. В случае успеха, технология «космического радио» станет не только ключом к разгадке самой большой тайны Вселенной, но и откроет новые горизонты в физике элементарных частиц.