Науковці з Цюриха розробилии інноваційний детектор, що вловлює найменші частинки темної матерії

Фізики з Цюрихського університету створили новий детектор, здатний виявляти темну матерію у надзвичайно малому діапазоні мас — нижче однієї мегаелектронвольт (MeV). Це стало можливим завдяки вдосконаленню надпровідного нанодротяного детектора одинични[ фотонів (SNSPD). Прилад досяг чутливості на рівні приблизно однієї десятої маси електрона, що відкриває нові горизонти в пошуку темної матерії.

Близько 80% маси Всесвіту, за оцінками, складає темна матерія, проте її природа залишається загадкою. Більшість експериментів раніше орієнтувалися на частинки масою, порівняннj. з відомими елементарними частинками. Якщо ж маса темної матерії менша за масу електрона, традиційні методи на основі рідкого ксенону не здатні її виявити. Нова технологія дає змогу розширити пошук у цей «недосліджений простір».

Принцип роботи SNSPD полягає в тому, що фотон, взаємодіючи з надпровідним дротом, миттєво нагріває його і призводить до втрати надпровідності. Дріт короткочасно переходить у звичайний провідниковий стан, що супроводжується стрибком електричного опору. Це дозволяє реєструвати навіть найслабші енергетичні події.

Для останнього експерименту науковці замінили нанодроти на мікродроти, збільшивши ефективну площу перетину, а також надали пристрою тонку, плоску форму для підвищення чутливості до змін напрямку. Вчені виходять із припущення, що Земля рухається крізь «вітер» частинок темної матерії, напрямок якого змінюється протягом року. Тому детектор, здатний вловлювати такі варіації, може відфільтровувати сторонні сигнали.

Дослідники планують надалі вдосконалити технологію, щоб досягти ще нижчого порогу чутливості, та розмістити систему під землею для кращого захисту від фонової радіації. Отримані результати стали першим підтвердженням можливості пошуку темної матерії у такому низькому діапазоні мас, відкриваючи шлях до відповідей на фундаментальні питання космології.