Американські фізики винайшли інноваційні детектори, що здатні знайти всю темну матерію Всесвіту

Вчені у США наблизилися до розгадки однієї з найбільших таємниць космосу — темної матерії та темної енергії, які разом становлять близько 95% Всесвіту. Команда експериментального фізика Рупака Махапатри з Техаського університету A&M розробляє надчутливі детектори з кріогенними квантовими сенсорами, здатні фіксувати надзвичайно рідкісні взаємодії частинок. Результати їхньої роботи опубліковані в журналі Applied Physics Let­ters.

Темна матерія, що складає приблизно 27% Всесвіту, відповідає за формування галактик і скупчень, а темна енергія — близько 68% — спричиняє прискорене розширення космосу. Обидві не випромінюють і не поглинають світло, тому їх неможливо побачити напряму, а їхнє існування доводиться через гравітаційний вплив на видиму матерію.

Детектор MINER, який використовується для пошуку низькоенергетичних нейтрино в реакторі TRIGA Техаського університету A&M. Цей сапфіровий детектор може використовуватися як для пошуку темної матерії, так і для виявлення нейтрино реактора, що не тільки може надати докази існування нової фізики, але й сприяти нерозповсюдженню ядерної зброї. Джерело: Техаський університет A&M

Команда Махапатри створює детектори, які можуть роками чекати на одиничну подію — настільки слабкою є взаємодія частинок темної матерії зі звичайною речовиною. Вчені беруть участь у міжнародному експерименті TESSERACT, що застосовує нові методи підсилення сигналів, які раніше губилися в шумі.

Пластина з різними конструкціями мікросхем для проекту TESSERACT. Джерело: Техаський університет A&M

Розробки спираються на понад 25 років роботи Махапатри в експерименті Super­CDMS — одному з найчутливіших у світі пошуків темної матерії. У 2014 році він разом із колегами представив метод, який дозволив розширити пошук на низькомасивні WIMP — слабковзаємодіючі масивні частинки, що вважаються головними кандидатами на роль темної матерії.

За словами Махапатри, відкриття темної матерії стане новою сторінкою у фізиці й може привести до появи технологій, які сьогодні ще неможливо уявити.