Forskning

Superledende nanotråder planlægger at bruge til at søge efter mørkt materiale

En af de største videnskabelige søgninger af vores tid- Dette er en jagt for mørkt stof. Fysikere mener, at dette stof fylder universet og tror, ​​at de kan se tegn på dette i, hvordan galakser roterer. Faktum er, at galakserne roterer så hurtigt, at de må revet fra hinanden, men tilsyneladende (eller usynlighed) er der en vis skjult masse, der har tilstrækkelig tyngdekraften til at holde dem sammen.

Dette tvang fysikere til at søge efter mørkt materialeJorden. De byggede dusinvis af observatorier, hvoraf de fleste er placeret i underjordiske huler dybt under overfladen, hvor baggrundsstøj er lav. Videnskabelig berømmelse står på spil, og dem, der finder mørk materie, vil blive rigeligt belønnet.

Hvorfor kan ikke mørkt stof findes?

Hidtil har fysikere ikke fundet noget. Hvis der er mørkt materiale, er det ekstremt godt skjult. En mulighed er, at partikler af mørk stof er for små til at blive fundet i igangværende eksperimenter. Fysikere ønsker desperat at finde en mere følsom måde at søge efter lignende stoffer.

Yonit Hochberg fra Hebraisk Universitet iJerusalem i Israel og dets kolleger har udviklet en lovende ny sensor baseret på små superledende ledninger. Holdets prototype viser allerede potentialet for en sådan tilgang.

Grundlaget for den nye enhed er et simpelt princip. Afkøle visse metaller under den kritiske temperatur, og de vil lede elektricitet uden modstand. Men så snart deres temperatur stiger over denne tærskel, forsvinder den superledende adfærd.

Fysikere ved, at partikler af mørkt materiale ikke kaninteragere stærkt med synligt stof ellers ville de have set dem. Men partikler af mørk stof kan kollidere med almindelige partikler.

Denne kollision er sjælden, fordialmindeligt materiale er for det meste tomt rum, og partikler af mørkt materiale kan passere lige igennem det. Men når de kolliderer med en atomkerne eller en elektron i et gitter, forårsager en kollision f.eks. Vibrationer i gitteret og derved øger temperaturen.

Det er denne temperaturstigning er godsuperledende nanotråder opdages. Opvarmning fører til, at en lille del af ledningerne ophører med at være superledende, hvilket igen skaber en spændingsimpuls, der er let at måle. Desuden producerer en sådan anordning få falske positiver, hvis nogen.

Hochberg og kolleger testede deres ide ved at skabeprototype. Denne enhed består af et sæt wolframsilicid nanotråde kun 140 nanometer bredt (til sammenligning er bredden af ​​et menneskehår ca. 100 000 nanometer) og 400 mikrometer langt. Hele apparatet er kun få milligrads over absolut nul, således at wolframsilikidledninger bliver superledere.

Holdet så derefter spændingsimpulsersom kunne afsløre kollisionen af ​​mørkt stof. Ved passende afskærmning registrerede de ikke pulser inden for 10.000 sekunder af målinger.

Dette pålægger vigtige begrænsninger for typen af ​​mørkematerie der kunne eksistere og dens tæthed. Det pålægger også restriktioner for andre typer partikler, som fysikere antager, kan eksistere.

En af disse typer - "mørk foton", faktisk,svarende til en almindelig mørk materiel foton. Hvis nogen, har den nye detektor ikke fundet en. "Resultaterne opnået med denne enhed indstillede allerede betydelige grænser for interaktionen mellem mørk materie og elektroner, herunder de stærkeste jordbunds grænser for absorption af sådanne fotoner på mindre end eV," siger Hochberg.

Arbejdet er imponerende, givet massennanotråder er kun få nanogrammer. Det næste trin vil være deres fremstilling i større målestok. Hochberg og kolleger siger, at teknologien er relativt moden, så den kan testes på kort tid. Ifølge deres estimater vil det videnskabelige laboratorium kunne producere tusind 200 nanometer detektorer med en samlet masse på 1,3 gram om et år. Derfor kan kilogramdetektoren meget vel være muligt i den nærmeste fremtid.

Måske en dag vil superledende nanotråde registrere mørkt materiale, hvis det eksisterer. Hvad synes du eksisterer? Fortæl os i vores chat i Telegram.