بحث

الأسلاك الفائقة الموصلية تخطط لاستخدامها في البحث عن المادة المظلمة

واحدة من أعظم البحث العلمي في عصرنا- هذا هو البحث عن المادة المظلمة. يعتقد الفيزيائيون أن هذه المادة تملأ الكون وتعتقد أنهم يمكنهم رؤية دليل على ذلك في كيفية دوران المجرات. والحقيقة هي أن المجرات تدور بسرعة كبيرة بحيث كان لا بد من تمزيقها ، ولكن من الواضح (أو غير مرئية) أن هناك بعض الكتلة المخفية التي لديها قوة الجاذبية الكافية للحفاظ عليها معا.

أجبر هذا علماء الفيزياء على البحث عن المادة المظلمةالأرض. بنوا العشرات من المراصد ، معظمها يقع في كهوف تحت الأرض في أعماق السطح ، حيث الضوضاء في الخلفية منخفضة. الشهرة العلمية على المحك ، وأولئك الذين يجدون المادة المظلمة سيُكافأون بثراء.

لماذا لا يمكن العثور على المادة المظلمة؟

حتى الآن ، لم يعثر الفيزيائيون على أي شيء. إذا كانت المادة المظلمة موجودة ، فهي مخفية للغاية. أحد الاحتمالات هو أن جزيئات المادة المظلمة صغيرة جدًا بحيث لا يمكن العثور عليها في التجارب الجارية. يريد الفيزيائيون بشدة إيجاد طريقة أكثر حساسية للبحث عن مواد مماثلة.

يونيت Hochberg من الجامعة العبرية فيطورت القدس في إسرائيل وزملاؤها مستشعرًا جديدًا واعداً يعتمد على أسلاك فائقة التوصيل. النموذج الأولي للفريق يظهر بالفعل إمكانات مثل هذا النهج.

أساس الجهاز الجديد هو مبدأ بسيط. تبريد بعض المعادن تحت درجة الحرارة الحرجة وأنها ستوصل الكهرباء دون مقاومة. ولكن بمجرد ارتفاع درجة الحرارة فوق هذا الحد ، يختفي سلوك الموصلية الفائقة.

يعلم الفيزيائيون أن جزيئات المادة المظلمة لا تستطيع ذلكالتفاعل بقوة مع المواد المرئية ؛ وإلا كانوا قد رأوهم. لكن جزيئات المادة المظلمة يمكن أن تصطدم بالجزيئات العادية.

هذا الاصطدام نادر الحدوث بسببالمادة العادية هي في الغالب مساحة فارغة ، ويمكن أن تمر جزيئات المادة المظلمة من خلالها. لكن عندما تصطدم بنواة ذرية أو إلكترون في الشبكة ، على سبيل المثال ، يؤدي التصادم إلى حدوث اهتزازات في الشبكة ، مما يزيد من درجة حرارته.

هذا هو ارتفاع درجة الحرارة وهذا أمر جيد.تم الكشف عن أسلاك التوصيل الفائق. يؤدي التسخين إلى حقيقة أن جزءًا صغيرًا من الأسلاك يتوقف عن التوصيل فائقًا ، وهذا بدوره يخلق نبضًا من الجهد يسهل قياسه. علاوة على ذلك ، ينتج هذا الجهاز عددًا من الإيجابيات الخاطئة ، إن وجدت.

اختبر Hochberg وزملاؤه فكرتهم من خلال الإبداعالنموذج. يتكون هذا الجهاز من مجموعة أسلاك نحاسية من التنغستن بعرض 140 نانومتر فقط (للمقارنة ، يبلغ عرض شعرة الإنسان حوالي 100000 نانومتر) و 400 ميكرومتر. الجهاز بأكمله هو فقط بضعة ملليغرا فوق الصفر المطلق ، بحيث تصبح أسلاك السيليسيد التنغستن موصلات فائقة.

ثم شاهد الفريق نبضات الجهدوالتي يمكن أن تكشف عن تصادم المادة المظلمة. مع التدريع المناسب ، لم يكتشفوا أي نبضات في غضون 10000 ثانية من القياسات.

هذا يفرض قيودا مهمة على نوع الظلامالمسألة التي يمكن أن توجد وكثافتها. كما أنه يفرض قيودًا على أنواع أخرى من الجزيئات التي يفترض الفيزيائيون وجودها.

أحد هذه الأنواع - "الفوتون المظلم" ، في الواقع ،أي ما يعادل الفوتون المادة المعتادة العادية. إن وجدت ، فإن الكاشف الجديد لم يكشف عن أحد. يقول هوشبرج: "إن النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام هذا الجهاز وضعت بالفعل حدودًا كبيرة لتفاعل المادة المظلمة مع الإلكترونات ، بما في ذلك أقوى حدود الأرض لامتصاص هذه الفوتونات بأقل من الجهد الكهربي" ، كما يقول هوشبرج.

العمل مثير للإعجاب ، بالنظر إلى أن الكتلةأسلاك متناهية الصغر ليست سوى بضع نانوجرام. ستكون الخطوة التالية تصنيعها على نطاق أوسع. يقول Hochberg وزملاؤه أن التكنولوجيا ناضجة نسبيًا ، لذلك يمكن اختبارها في وقت قصير. وفقًا لتقديراتهم ، سيتمكن المختبر العلمي من إنتاج ألف جهاز كشف 200 نانومتر بكتلة إجمالية قدرها 1.3 جرام في عام واحد فقط. لذلك ، قد يكون كاشف الكيلوغرام ممكنًا في المستقبل القريب.

ربما في يوم من الأيام ، ستكتشف الأسلاك النانوية فائقة التوصيل المادة المظلمة ، إن وجدت. ما رأيك موجود؟ أخبرنا في محادثتنا في Telegram.