Российские ученые предложили способ найти черную материю, преодолев квантовый шум
Российские ученые предлагают новую установку для поиска аксионов — возможных частиц темной материи. Проект обещает прорыв в области фундаментальной физики.
Коллектив ведущих физиков России представил масштабный научный проект под названием «Космологический Аксионный Саровский Галоскоп» (CASH). Его цель — обнаружить аксионы, теоретически предсказанные частицы, предположительно составляющие большую часть скрытой массы нашей Вселенной. Благодаря применению передовых технологий однофотонной регистрации ученые рассчитывают существенно повысить чувствительность измерений и исследовать ранее недоступные диапазоны.
Что такое темная материя в космосе
Темная материя, занимающая значительную долю космоса, продолжает оставаться предметом интенсивных исследований. Несмотря на то, что видимая материя звезд и планет охватывает лишь небольшую долю общего объема вещества, природа темной материи до сих пор неясна. Одним из наиболее вероятных претендентов на роль этой неизвестной компоненты являются аксионы, впервые введенные учеными около пятидесяти лет назад. Эти гипотетические частицы отличаются малой массой и крайне слабым взаимодействием с обычной материей, что позволяет предположить наличие их огромного количества во Вселенной.
Также читайте: Блуждающие планеты — не одиноки в космосе
Принцип работы нового эксперимента
Инициатива проекта CASH основывается на применении технологии галоскопов, позволяющей фиксировать процесс преобразования аксионов в фотоны под воздействием мощного магнитного поля. Для обнаружения столь незначительных сигналов применяются специально настроенные высокочувствительные резонаторы, частота которых соответствует ожидаемой массе аксионов. Ключевой проблемой оставалось снижение уровня квантового шума, считавшегося серьезным препятствием для повышения точности наблюдений.
Для решения этой проблемы российские ученые предлагают новый тип детектора, основанный на джозефсоновском переходе. Этот детектор работает как счетчик одиночных фотонов, что позволяет избежать шума, создаваемого усилителями, и напрямую регистрировать фотоны, порождаемые аксионами. Результатом такого подхода становится высокая чувствительность, позволяющая регистрировать даже один фотон.
Этапы реализации проекта
Проект реализуется поэтапно. Первая фаза, обозначенная как CASH-I, предусматривает применение стационарной медной полости совместно с магнитом мощностью 1.7 Тесла, что обеспечивает беспрецедентную точность измерений по сравнению с предыдущими исследованиями. Вторая стадия, CASH-II, подразумевает внедрение сверхмощного магнита с индукцией до 10 Тесла и гибкую настройку резонаторов, открывающую доступ к изучению спектра масс аксионов в диапазоне от 38 до 54 мкэВ.
Кроме того, установка будет охлаждаться до сверхнизких температур, чтобы исключить тепловые фотоны, и будет защищена от вибраций и электромагнитных помех.
Перспективы и значение
Реализация проекта CASH способна не только доказать существование аксионов, но и радикально изменить наши представления о природе темной материи. Даже отрицательные результаты эксперимента окажутся ценными, поскольку исключат ряд существующих теоретических моделей и направят последующие исследования в новых направлениях. Таким образом, вне зависимости от исхода, CASH станет важнейшим инструментом современной физики, расширяя границы познания фундаментальных основ мироздания.
Таким образом, российские физики делают важный шаг в охоте за темной материей, и их работа, безусловно, вызовет интерес научного сообщества и широкой публики. Способность точно определять частоту аксионов и преодолевать существующие ограничения может оказать огромное влияние на наше понимание Вселенной и основных физических законов, управляющих ею.
Ранее на сайте «Пронедра» писали, что ESA впервые в истории создала искусственное затмение в космосе
