Research

Надпровідні нанопроводи планують використовувати для пошуку темної матерії

Один з найбільших наукових пошуків нашого часу- це полювання на темну матерію. Фізики вважають, що ця речовина наповнює всесвіт і думають, що можуть побачити докази цього в тому, як обертаються галактики. Справа в тому, що галактики обертаються так швидко, що їх повинно було розірвати на частини, але по всій видимості (або невидимості) існує якась прихована маса, яка має достатню гравітаційної силою, щоб утримувати їх разом.

Це змусило фізиків шукати темну матерію наЗемлі. Вони побудували десятки обсерваторій, більшість з яких знаходяться в підземних печерах глибоко під поверхнею, де фоновий шум низький. На карту поставлена ​​наукова слава, і ті, хто знайде темну матерію, будуть щедро винагороджені.

Чому темну матерію не можуть знайти?

Поки що фізики не знайшли нічого. Якщо темна матерія і існує, вона вкрай добре ховається. Одна можливість полягає в тому, що частинки темної матерії занадто малі, щоб їх можна було знайти в ході поточних експериментів. Фізики відчайдушно хочуть знайти більш чутливий спосіб пошуку подібних субстанцій.

Йоніт Хохберг з Єврейського університету вЄрусалимі в Ізраїлі і його колеги розробили перспективний новий датчик на основі крихітних надпровідних проводів. Прототип команди вже показує потенціал такого підходу.

В основі нового пристрою лежить простий принцип. Охолодіть певні метали нижче критичної температури і вони будуть проводити електрику без опору. Але як тільки їх температура підвищується вище цього порогу, надпровідний поведінку зникає.

Фізики знають, що частинки темної матерії не можутьсильно взаємодіяти з видимою матерією; в іншому випадку вони б уже побачили їх. Але частинки темної матерії можуть стикатися зі звичайними частинками.

Це зіткнення відбуваються рідко, оскількизвичайна матерія являє собою здебільшого порожній простір, і частинки темної матерії можуть проходити прямо через неї. Але коли вони стикаються з атомним ядром або електроном в решітці, наприклад, зіткнення викликає вібрації в решітці, тим самим підвищуючи її температуру.

Саме це підвищення температури добревиявляються надпровідні нанопроводи. Нагрівання призводить до того, що невелика частина проводів перестає бути сверхпроводящими, а це, в свою чергу, створює імпульс напруги, який легко виміряти. Більш того, такий пристрій виробляє мало помилкових спрацьовувань, якщо вони взагалі будуть.

Хохберг і колеги перевірили свою ідею, створившипрототип. Цей пристрій складається з набору нанопроволок з силіциду вольфраму шириною всього 140 нанометрів (для порівняння, ширина людського волосся порядку 100 000 нанометрів) і довжиною 400 мікрометрів. Весь апарат знаходиться всього на кілька мілліградусов вище абсолютного нуля, так що дроти з силіциду вольфраму стають сверхпроводниками.

Потім команда спостерігала за імпульсами напруги,які могли б виявити зіткнення темної матерії. При наявності відповідного екранування, вони не виявили ніяких імпульсів протягом 10 000 секунд вимірювань.

Це накладає важливі обмеження на тип темноїматерії, яка могла б існувати, і її щільність. Це також накладає обмеження на інші типи частинок, які, як припускають фізики, можуть існувати.

Один з таких типів - «темний фотон», по суті,еквівалент звичайного фотона з темної матерії. Якщо такі є, новий детектор не виявлено жодного. «Результати, отримані за допомогою цього пристрою, вже встановлюють значущі кордону для взаємодії темної матерії з електронами, включаючи найсильніші земні кордони для поглинання таких фотонів на рівні менше еВ», говорить Хохберг.

Робота вражає, враховуючи, що масананопроволоки становить всього кілька нанограммов. Наступним етапом буде їх виготовлення в ширшому масштабі. Хохберг і колеги кажуть, що технологія є відносно зрілої, тому її можна буде випробувати незабаром. За їхніми оцінками, наукова лабораторія зможе зробити тисячу 200-нанометрових детекторів із загальною масою 1,3 грама всього за рік. Тому кілограмовий детектор цілком може бути здійснимо в недалекому майбутньому.

Може бути, одного разу, надпровідні нанопроводи виявлять темну матерію, якщо вона існує. А ви як думаєте, існує? Розкажіть в нашому чаті в Телеграма.