Группа ведущих российских физиков и космологов под руководством ведущего научного сотрудника лаборатории сверхпроводниковой наноэлектроники центра квантовых технологий Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева Андрея Панкратова разработала проект квантового однофотонного детектора, который поможет обнаружить «легкую» темную материю.
«Предложенный проект детектора CASH позволит провести поиски частиц сверхлегкой темной материи в том диапазоне их масс, который не покрывается другими проектами такого рода. Использование квантовых однофотонных детекторов позволит избавиться от большей части шумов и всего за год достичь чувствительности, необходимой для полноценных поисков галактических аксионов даже при относительно скромной мощности магнитов», - сообщили исследователи в статье, опубликованной в журнале Physical Review D.
Детектор представляет собой особый прибор - галоскоп, способный улавливать следы существования частиц темной материи, опираясь на то, что ее частицы в присутствии очень сильного магнитного поля могут спонтанно превращаться в фотоны. Для обнаружения этих вспышек света, порождаемых аксионами, ученые создают специальные резонаторы, «настроенные» на улавливание частиц света, которые порождаются аксионами в определенных диапазонах масс. Такие сверхчувствительные детекторы фотонов должны давать минимальное количество случайных шумов, потенциально способных исказить результаты поисков частиц темной материи.
Российские физики предложили использовать для этих целей разрабатываемые квантовые однофотонные детекторы, построенные на базе так называемых контактов Джозефсона. Они представляют собой цепочки из сверхпроводников, внутри которых присутствуют небольшие разрывы или прослойки диэлектриков, через которые ток может при определенных условиях двигаться без потерь. Когда в такой контакт попадает частица света, его сопротивление резко растет, что позволяет обнаруживать одиночные фотоны.
Проведенные исследователями расчеты показывают, что подобные датчики частиц света смогут подтвердить или исключить существование аксионов в диапазоне масс от 38 до 58 мэВ (микроэлектронвольт). Для этого потребуются мощные магниты, похожие по напряженности поля на установку для МРТ, однако при этом наблюдения при помощи установки CASH можно также вести и вне магнитного поля для поиска других форм "легкой" темной материи, в частности, так называемых темных фотонов.
Предложенный подход, который дает возможность фиксировать при помощи квантовых однофотонных датчиков вспышки света, порождаемые спонтанными превращениями аксионов, сверхлегких частиц темной материи, позволит всего за год подтвердить или исключить существование этой формы темной материи в очень широком диапазоне свойств ее частиц.
О разработке российских ученых рассказал портал ТАСС-Наука.
Фото: архив пресс-службы НГТУ им. Р.Е. Алексеева.
