Έρευνα

Τα υπεραγώγιμα νανοσκόπια σκοπεύουν να χρησιμοποιήσουν για να ψάξουν για σκοτεινή ύλη

Μια από τις μεγαλύτερες επιστημονικές αναζητήσεις της εποχής μας- Αυτό είναι ένα κυνήγι για τη σκοτεινή ύλη. Οι φυσικοί πιστεύουν ότι αυτή η ουσία γεμίζει το σύμπαν και πιστεύει ότι μπορούν να δουν απόδειξη αυτού του τρόπου με τον οποίο περιστρέφονται οι γαλαξίες. Το γεγονός είναι ότι οι γαλαξίες περιστρέφονται τόσο γρήγορα που έπρεπε να χωριστούν, αλλά προφανώς (ή αόρατο) υπάρχει κάποια κρυμμένη μάζα που έχει αρκετή βαρυτική δύναμη για να τα συγκρατήσει.

Αυτοί οι αναγκασμένοι φυσικοί αναζητούν σκοτεινή ύληΓη Κατασκεύασαν δεκάδες παρατηρητήρια, τα περισσότερα από τα οποία βρίσκονται σε υπόγειες σπηλιές βαθιά κάτω από την επιφάνεια, όπου ο θόρυβος του περιβάλλοντος είναι χαμηλός. Η επιστημονική φήμη διακυβεύεται, και εκείνοι που βρίσκουν σκοτεινή ύλη θα ανταμείβονται πλούσια.

Γιατί δεν μπορεί να βρεθεί σκοτεινή ύλη;

Μέχρι στιγμής, οι φυσικοί δεν βρήκαν τίποτα. Αν υπάρχει σκοτεινή ύλη, είναι εξαιρετικά καλά κρυμμένη. Μια πιθανότητα είναι ότι τα σωματίδια σκοτεινής ύλης είναι πολύ μικρά για να βρεθούν σε συνεχιζόμενα πειράματα. Οι φυσικοί θέλουν απεγνωσμένα να βρουν έναν πιο ευαίσθητο τρόπο αναζήτησης παρόμοιων ουσιών.

Ο Yonit Hochberg από το Εβραϊκό Πανεπιστήμιο στοΗ Ιερουσαλήμ στο Ισραήλ και οι συνεργάτες της έχουν αναπτύξει έναν πολλά υποσχόμενο νέο αισθητήρα βασισμένο σε μικροσκοπικά υπεραγώγιμα καλώδια. Το πρωτότυπο της ομάδας δείχνει ήδη τις δυνατότητες μιας τέτοιας προσέγγισης.

Η βάση της νέας συσκευής είναι μια απλή αρχή. Ψύξτε μερικά μέταλλα κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία και θα μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια χωρίς αντίσταση. Αλλά μόλις η θερμοκρασία τους αυξηθεί πάνω από αυτό το όριο, εξαφανίζεται η υπεραγώγιμη συμπεριφορά.

Οι φυσικοί γνωρίζουν ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης δεν μπορούναλληλεπιδρούν έντονα με την ορατή ύλη. διαφορετικά θα τα είχαν δει. Αλλά τα σωματίδια σκοτεινής ύλης μπορούν να συγκρουστούν με τα συνηθισμένα σωματίδια.

Αυτή η σύγκρουση είναι σπάνια γιατίη συνηθισμένη ύλη είναι ως επί το πλείστον άδειο διάστημα και σωματίδια σκοτεινής ύλης μπορούν να περάσουν μέσα από αυτήν. Αλλά όταν συγκρούονται με έναν ατομικό πυρήνα ή ένα ηλεκτρόνιο σε ένα πλέγμα, για παράδειγμα, μια σύγκρουση προκαλεί δονήσεις στο πλέγμα, αυξάνοντας έτσι τη θερμοκρασία του.

Αυτή η αύξηση της θερμοκρασίας είναι καλή.ανιχνεύονται υπεραγωγικά νανοσωμάτια. Η θέρμανση οδηγεί στο γεγονός ότι ένα μικρό μέρος των συρμάτων παύει να είναι υπεραγώγιμο, και αυτό, με τη σειρά του, δημιουργεί έναν παλμό τάσης που είναι εύκολο να μετρηθεί. Επιπλέον, μια τέτοια συσκευή παράγει λίγα ψευδώς θετικά, αν υπάρχουν.

Ο Hochberg και οι συνεργάτες του δοκιμάστηκαν με τη δημιουργία τουςπρωτότυπο. Αυτή η συσκευή αποτελείται από ένα σύνολο νανοσωματιδίων σιλικόνης βολφραμίου πλάτους μόλις 140 νανομέτρων (για σύγκριση, το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας είναι περίπου 100.000 νανόμετρα) και μήκος 400 μικρομέτρων. Ολόκληρη η συσκευή είναι μόνο λίγα χιλιοστογράμματα πάνω από το απόλυτο μηδέν, έτσι ώστε τα καλώδια πυριτίου βολφραμίου να γίνουν υπεραγωγούς.

Η ομάδα παρακολούθησε έπειτα παλμούς τάσηςπου θα μπορούσε να αποκαλύψει τη σύγκρουση της σκοτεινής ύλης. Με την κατάλληλη θωράκιση, δεν ανίχνευσαν παλμούς μέσα σε 10.000 δευτερόλεπτα από τις μετρήσεις.

Αυτό επιβάλλει σημαντικούς περιορισμούς στον τύπο του σκοτεινούτην ύλη που θα μπορούσε να υπάρχει και την πυκνότητα της. Επιβάλλει επίσης περιορισμούς σε άλλους τύπους σωματιδίων που μπορεί να υπάρχουν φυσικοί.

Ένας από αυτούς τους τύπους - "σκοτεινό φωτόνιο", στην πραγματικότητα,το ισοδύναμο ενός συνηθισμένου φωτονίου σκοτεινής ύλης. Εάν υπάρχει, ο νέος ανιχνευτής δεν ανίχνευσε ένα. "Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν με αυτή τη συσκευή έχουν ήδη θέσει σημαντικά όρια για την αλληλεπίδραση της σκοτεινής ύλης με τα ηλεκτρόνια, συμπεριλαμβανομένων των ισχυρότερων χερσαίων ορίων για την απορρόφηση αυτών των φωτονίων σε λιγότερο από το eV", λέει ο Hochberg.

Το έργο είναι εντυπωσιακό, δεδομένου ότι η μάζατα νανοσωμάτια είναι μόνο μερικά νανογράμματα. Το επόμενο βήμα θα είναι η κατασκευή τους σε μεγαλύτερη κλίμακα. Ο Hochberg και οι συνεργάτες του λένε ότι η τεχνολογία είναι σχετικά ώριμη, ώστε να μπορεί να δοκιμαστεί σε σύντομο χρονικό διάστημα. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις τους, το επιστημονικό εργαστήριο θα είναι σε θέση να παράγει χιλιάδες ανιχνευτές 200 νανομέτρων με συνολική μάζα 1,3 γραμμάρια σε μόλις ένα χρόνο. Επομένως, ο ανιχνευτής χιλιογράμμων μπορεί να είναι εφικτός στο εγγύς μέλλον.

Ίσως μια μέρα, τα υπεραγώγιμα νανοσωματίδια θα ανιχνεύσουν τη σκοτεινή ύλη, αν υπάρχει. Τι νομίζετε ότι υπάρχει; Πείτε μας στο chat μας στο Telegram.