Китайські вчені створили детектор, що здатний виявити 16 нових типів фундаментальних взаємодій у космосі

На орбіті Землі готується експеримент, який може допомогти вченим почути відгомін невидимих сил космосу, що формують Всесвіт. Китайський проєкт SQUIRE (Space Quan­tum Inter­fer­o­met­ric Research Exper­i­ment) планує використати квантові сенсори спінів, щоб виявити сліди гіпотетичних частинок — екзотичних бозонів, які можуть бути носіями нових, ще не відкритих видів взаємодії у природі.

Науковці вважають, що ці взаємодії можуть проявлятися у 16 різних формах і впливати на спіни частинок — своєрідні мікроскопічні “магнітики” у кожному атомі. Якщо такі ефекти існують, вони здатні викликати крихітні зміни в енергії атомів, утворюючи слабкі “псевдомагнітні поля”. Саме ці надтонкі сигнали система SQUIRE намагатиметься зафіксувати з космосу, де умови набагато “тихіші”, ніж у будь-якій лабораторії на Землі.

Схема космічного пошуку надлегких екзотичних бозонів і прототип космічного квантового датчика, що включає парову комірку, магнітний екран, волоконно-оптичний гіроскоп і коробку для захисту від радіації. Джерело: Sci­ence Chi­na Press

Перевага експерименту полягає у використанні самої Землі як джерела сигналів. У надрах планети міститься близько 10⁴² неспарених електронів, зорієнтованих геомагнітним полем, — це у 100 квадрильйонів разів більше, ніж у будь-якому штучному зразку. Крім того, Китайська космічна станція рухається навколо Землі зі швидкістю 7,67 км/с, що створює природні коливання можливих сигналів у наднизькочастотному діапазоні, де рівень шуму мінімальний.

За розрахунками, система SQUIRE зможе виявляти поля інтенсивністю до 20 пікотесла, тоді як найточніші наземні прилади обмежені 0,015 пікотесла. Це означає, що чутливість до невідомих взаємодій може зрости у мільйон разів. Щоб досягти цього, вчені створили новий тип сенсора з трьома ключовими технологіями: подвійним ксеноновим детектором, який пригнічує магнітні шуми; системою стабілізації, що усуває вібрації станції; та радіаційним захистом із потрійним резервуванням електроніки.

Перші тести вже показали, що пристрій здатен уловлювати зміни на рівні кількох фемтотесла — тобто у трильйони разів слабші за магнітне поле Землі. У перспективі така точність дасть змогу шукати частинки темної матерії, аксійні поля та інші явища, що виходять за межі сучасної фізики.

У майбутньому SQUIRE може стати частиною глобальної квантової мережі, яка поєднає орбітальні й наземні сенсори. Вчені також розглядають можливість встановлення подібних систем поблизу Юпітера чи Сатурна, де магнітні поля набагато сильніші. Це дозволить розширити пошуки невидимих частинок у глибокому космосі — і, можливо, вперше напряму виміряти фундаментальні сили, які формують Всесвіт.