Международная группа под руководством китайских ученых применила передовые квантовые технологии в поисках самой неуловимой материи во Вселенной.
В огромных просторах Вселенной видимая материя, размером от мельчайшей пылинки до массивных небесных тел, таких как Земля, и даже целых галактик, составляет лишь около 5 процентов от общей массы космоса. Считается, что остальные 95 процентов состоят из темной материи и темной энергии.
Идентификация темной материи, экзотического компонента, который оказывает глубокое влияние на структуру и эволюцию нашей Вселенной, по-прежнему не дает ученым покоя.
Среди возможных кандидатов - слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMPs) и аксионы. Аксионы стали особенно интригующим объектом для исследования, в то время как при поиске ВИМПов невидимая материя до сих пор не обнаружена.
Технология прецизионных квантовых измерений, использующая такие невероятные свойства, как квантовый спин и квантовая запутанность, позволяет сверхчувствительно обнаруживать мизерные энергетические уровни, предлагает революционный подход к поиску темной материи.
Ученые из Китайского университета науки и технологий и Калифорнийского университета в Беркли, используя поляризованный инертный газ, создали сверхчувствительный детектор аксионов, основанный на квантовых спиновых взаимодействиях.
Детектор увеличивает чувствительность взаимодействия до 145 раз по сравнению с традиционными методами. Кроме того, удалось добиться астрономического уменьшения помех, вызванных классическими магнитными полями, и избежать появления ложных сигналов.
Хотя команда еще не обнаружила окончательных доказательств существования аксионной темной материи, она наложила самые строгие ограничения на нейтрон-нейтронную связь, которая расширяется в «аксионное окно» - теоретически благоприятный диапазон масс, где, вероятно, скрываются гипотетические частицы.
Эксперимент установил новую планку в этой области, улучшив предыдущие ограничения по меньшей мере в 50 раз, говорится в исследовании, опубликованном недавно в журнале Physical Review Letters.
Полученные результаты подчеркивают огромный потенциал квантовых технологий в области изучения темной материи, демонстрируя роль передовых технологий в развитии передовой науки.
Исследование «отличается применением двух новых разработок - магнитного усиления и шаблонов сигналов», которые позволили команде улучшить чувствительность «примерно на два порядка по сравнению с существующим уровнем техники», - прокомментировал У. Майкл Сноу, физик из Университета Индианы в Блумингтоне.
Помимо эксперимента на Земле, руководитель группы Пэн Синьхуа предложил план, согласно которому в 2023 году квантовые датчики будут установлены на китайской космической станции, что позволит использовать высокоскоростное движение космической станции вокруг Земли для поддержки поиска аксионов.
По словам Пэна, данное исследование также имеет значительный потенциал для практического применения, например, для повышения точности магнитно-резонансной томографии в точной медицине и для более продвинутых глубоководных исследований.
Дорогой читатель, подписывайся на канал и жми на "колокольчик" чтобы не пропускать новые статьи!