onderzoek

Supergeleidende nanodraden zijn van plan om te gebruiken om te zoeken naar donkere materie

Een van de grootste wetenschappelijke zoektochten in onze tijd- Dit is een jacht op donkere materie. Natuurkundigen geloven dat deze substantie het universum vult en denkt dat ze het bewijs hiervan kunnen zien in hoe sterrenstelsels roteren. Het is een feit dat sterrenstelsels zo snel roteren dat ze uit elkaar moeten worden gescheurd, maar blijkbaar (of onzichtbaar) is er een verborgen massa met voldoende zwaartekracht om ze bij elkaar te houden.

Dit dwong natuurkundigen om naar donkere materie te zoekenAarde. Ze bouwden tientallen observatoria, waarvan de meeste zich bevinden in ondergrondse grotten diep onder het oppervlak, waar het achtergrondgeluid laag is. Wetenschappelijke roem staat op het spel en degenen die donkere materie vinden, zullen rijkelijk worden beloond.

Waarom kan geen donkere materie worden gevonden?

Tot nu toe hebben fysici niets gevonden. Als er donkere materie is, is deze buitengewoon goed verborgen. Een mogelijkheid is dat donkere materiedeeltjes te klein zijn om te worden gevonden in lopende experimenten. Natuurkundigen willen wanhopig een gevoeliger manier vinden om naar vergelijkbare stoffen te zoeken.

Yonit Hochberg van de Hebreeuwse Universiteit inJeruzalem in Israël en zijn collega's hebben een veelbelovende nieuwe sensor ontwikkeld op basis van kleine supergeleidende draden. Het prototype van het team toont al het potentieel van een dergelijke aanpak.

De basis van het nieuwe apparaat is een eenvoudig principe. Bepaalde metalen koelen tot onder de kritische temperatuur en ze zullen elektriciteit geleiden zonder weerstand. Maar zodra hun temperatuur deze drempel overschrijdt, verdwijnt het supergeleidende gedrag.

Natuurkundigen weten dat donkere materiedeeltjes dat niet kunnenwisselwerking sterk met zichtbare materie; anders hadden ze ze gezien. Maar donkere materiedeeltjes kunnen botsen met gewone deeltjes.

Deze botsing is zeldzaam omdatgewone materie is meestal lege ruimte, en deeltjes van donkere materie kunnen er dwars doorheen gaan. Maar wanneer ze bijvoorbeeld botsen met een atoomkern of een elektron in een rooster, veroorzaakt een botsing trillingen in het rooster, waardoor de temperatuur toeneemt.

Het is deze temperatuurstijging is goedsupergeleidende nanodraden worden gedetecteerd. Verwarming leidt ertoe dat een klein deel van de draden niet langer supergeleidend is, en dit creëert op zijn beurt een spanningspuls die gemakkelijk te meten is. Bovendien produceert zo'n apparaat weinig valse positieven, indien aanwezig.

Hochberg en collega's testten hun idee door te creërenprototype. Dit apparaat bestaat uit een set wolframsilicide nanodraden van slechts 140 nanometer breed (ter vergelijking, de breedte van een mensenhaar is ongeveer 100 000 nanometer) en 400 micrometer lang. Het hele apparaat is slechts enkele milligrads boven het absolute nulpunt, zodat wolfraam-silicidedraden supergeleiders worden.

Het team bekeek vervolgens voltagepulsendie de botsing van donkere materie kon onthullen. Met de juiste afscherming detecteerden ze geen pulsen binnen 10.000 seconden aan metingen.

Dit legt belangrijke beperkingen op aan het type darkmaterie die zou kunnen bestaan ​​en de dichtheid ervan. Het legt ook beperkingen op aan andere soorten deeltjes waarvan natuurkundigen aannemen dat ze kunnen bestaan.

Een van deze typen - "dark photon", in feite,het equivalent van een gewoon foton van de donkere materie. Indien aanwezig, heeft de nieuwe detector er nog geen gedetecteerd. "De resultaten die met dit apparaat zijn verkregen, hebben al aanzienlijke limieten gesteld voor de interactie van donkere materie met elektronen, waaronder de sterkste terrestrische grenzen voor het absorberen van dergelijke fotonen bij minder dan eV," zegt Hochberg.

Het werk is indrukwekkend, gezien de massananodraden is slechts een paar nanogrammen. De volgende stap is de productie op grotere schaal. Hochberg en collega's zeggen dat de technologie relatief volwassen is, dus het kan in een korte tijd worden getest. Volgens hun schattingen zal het wetenschappelijk laboratorium in slechts één jaar duizend detectors van 200 nanometer kunnen produceren met een totale massa van 1,3 gram. Daarom is de kilogramdetector mogelijk in de nabije toekomst mogelijk.

Misschien zullen op een dag supergeleidende nanodraden donkere materie detecteren, als deze bestaat. Wat denk je dat er bestaat? Vertel het ons in onze chat in Telegram.