Фермилаб создала технологию на основе кубитов для точного поиска темной материи


Ученые из Национальной ускорительной лаборатории Ферми Министерства энергетики и Чикагского университета создали метод поиска темной материи с помощью сверхпроводящего кубита.

Все теории о создании космоса объясняют только 4% наблюдаемой Вселенной, а всё остальное заполняют тёмная материя и тёмная энергия. Эти явления представляют собой самые озадачивающие составляющие космоса и могут объяснить движение звёзд и расширение Вселенной. Но до сих пор учёным не удавалось наблюдать этот так называемый тёмный сектор. Теперь исследователи надеются найти новую силу, которая соединяет тёмный сектор с обычным веществом. Открытие позволит узнать, из чего сделаны тёмная материя и энергия, если они вообще существуют.

Тёмная материя — невидимое вещество, на которое приходится 85% всей материи во Вселенной. Для её поиска коллаборация ученых разработала сверхпроводящие версии кубитов. Они смогут обнаруживать даже слабые сигналы, излучаемые двумя видами гипотетических субатомных частиц. Они, в свою очередь, могут присутствовать в невидимой, но повсеместно распространенной части Вселенной — тёмном секторе.

  • Аксион — рассматривается как один из кандидатов на роль частиц, составляющих тёмную материю.
  • Тёмный фотон — гипотетическая элементарная частица, предполагаемый переносчик нового фундаментального взаимодействия, аналог фотонов для тёмной материи. Наряду с гравитацией, может оказаться «посредником» между обычной и тёмной материями, позволяя им взаимодействовать между собой.

Новая техника поиска тёмной материи в 36 раз чувствительнее к этим частицам, чем квантовый предел — эталон обычных квантовых измерений, позволяющий проводить поиск неизвестного вещества в 1000 раз быстрее. По сути, это ограничение, накладываемое на точность непрерывного или многократно повторяющегося измерения какой-либо величины, описываемой оператором, который не коммутирует сам с собой в разные моменты.


poisk1.pngСиний цилиндр на этой диаграмме представляет собой сверхпроводящий микроволновый резонатор, используемый для накопления сигнала темной материи. Фиолетовый — это кубит. Значение относится к количеству подсчитанных фотонов. Если темная материя успешно поместила фотон в резонатор, выходной сигнал будет иметь значение 1. Никакое осаждение фотона не приведет к измерению 0. Фото: Акаш Диксит, Чикагский университет.

В новом методе для обнаружения фотонов предназначены кубиты. Они будут производиться при взаимодействии частиц темной материи с электромагнитным полем. Преимущество использования кубитов в качестве детекторов вместо традиционной технологии заключается в их механизме взаимодействия с фотонами.

Метод, представленный в Physical Review Letters, исследует фотон, не разрушая его. Повторные измерения одного и того же фотона за 500 микросекунд его жизни как раз и обеспечивают «страховку» от ошибочных показаний. Именно эта особенность и обещает успех новой техники поиска тёмной материи.


Добавить комментарий