Квантові детектори змінюють пошук темної матерії у Всесвіті

Темна матерія та темна енергія становлять близько 95% Всесвіту, залишаючи лише 5% звичайної матерії, яку ми можемо спостерігати. Доктор Рупак Махапатра, експериментальний фізик-частинник з Техаського університету, розробляє високотехнологічні напівпровідникові детектори з кріогенними квантовими сенсорами, які живлять експерименти по всьому світу.

Махапатра порівнює наше розуміння Всесвіту зі старою притчею: «Це як намагатися описати слона, торкаючись лише його хвоста. Ми відчуваємо щось масивне та складне, але охоплюємо лише крихітну його частину». Результати його досліджень опубліковані в журналі Applied Physics Letters.

Темна матерія становить більшу частину маси в галактиках та їхніх скупченнях, формуючи їхню структуру в найбільших масштабах. Темна енергія, навпаки, відповідає за прискорене розширення Всесвіту. Іншими словами, темна матерія утримує об'єкти разом, тоді як темна енергія розштовхує їх. Темна енергія становить близько 68% загального енергетичного вмісту Всесвіту, тоді як темна матерія — приблизно 27%.

Група Махапатри в Техаському університеті створює детектори настільки чутливі, що вони можуть уловлювати сигнали від частинок, які рідко взаємодіють зі звичайною матерією. «Виклик полягає в тому, що темна матерія взаємодіє настільки слабко, що нам потрібні детектори, здатні бачити події, які можуть статися раз на рік або навіть раз на десятиліття», — зазначив Махапатра.

Команда долучилася до провідного світового пошуку темної матерії, використовуючи детектор під назвою TESSERACT. «Це питання інновацій. Ми знаходимо способи підсилити сигнали, які раніше були приховані в шумі», — пояснив учений.

Робота Махапатри базується на 25-річній історії участі в експерименті SuperCDMS. У знаковій статті 2014 року в Physical Review Letters він та його колеги представили метод калориметричного іонізаційного детектування з підтримкою напруги — прорив, який дозволив дослідникам вивчати слабомасивні частинки, провідних кандидатів на роль темної матерії.

«Якщо ми зможемо виявити темну матерію, ми відкриємо нову главу у фізиці», — підкреслив Махапатра.