Našel způsob, jak hledat axiony, které překonávají kvantové fluktuace

Tým vědců výrazně využil inovativní techniku ​​zvanou „kvantová komprese“.

urychlit hledání jednoho kandidáta na temnou hmotu v laboratoři. Výsledky zveřejněny v časopisePříroda, dotýkejte se neuvěřitelně lehce a stáleneobjevená částice - axion. Podle teorie jsou axiony pravděpodobně miliardy nebo bilionykrát menší než elektrony a mohly být vytvořeny ve velkém počtu během Velkého třesku. Tyto vlastnosti jsou dostatečné k tomu, aby potenciálně vysvětlily existenci temné hmoty.

Nalezení této slibné částice je však všeje jako hledat jednu kvantovou jehlu ve velké kupce sena. A přesto je v tomto procesu možný rychlý pokrok. Vědci projektu Haloscope at Yale Sensitive To Axion Cold Dark Matter (HAYSTAC) uvádějí, že zlepšili svou efektivitu lovu překonáním zásadní překážky uložené zákony termodynamiky. Tým vědců zahrnuje vědce z University of Colorado v Boulderu a Národního institutu pro standardy a technologie (NIST).

HAYSTAC - senzor určený pro vyhledáváníaxionická temná hmota. Byl vyvinut vědci z Yale University a má za cíl zúžit hledání částic nepolapitelné temné hmoty, které mohou představovat více než 80% z celkového množství hmoty ve vesmíru. A nejzajímavější věcí v tomto případě je, že detektor HAYSTAC je navržen k hledání temné hmoty ve formě axionů, subatomárních částic, které v současné době existují pouze teoreticky a které jsou hledány v několika experimentech, včetně Axion Dark Matter Experimentis .

Nový přístup umožňuje vědcům zlepšovat seoddělit neuvěřitelně slabé signály možných axií od náhodného šumu, který existuje v přírodě v extrémně malých měřítcích, někdy nazývaných kvantové fluktuace. Podle spoluautora studie Konrada Lehnerta, výzkumného pracovníka NIST v JILA, jsou šance týmu na nalezení axionu v příštích několika letech stále zhruba stejné jako vítězství v loterii. Ale tyto šance se budou jen zlepšovat.

Daniel Palken, spoluautor nového článku, vysvětlil,to, že je tak těžké najít axion, z něj dělá ideálního kandidáta na temnou hmotu - je to světlo, nenese žádný elektrický náboj a téměř nikdy neinteraguje s normální hmotou.

Některé z největších překážek, se kterýmivědci se srazí, jsou samotné zákony kvantové mechaniky, jmenovitě Heisenbergův princip nejistoty. Omezuje přesnost vědců v jejich pozorování částic. V tomto případě tým nemůže přesně změřit dvě různé vlastnosti světla produkovaného osami současně.

Tým HAYSTACu je však dokázal obejítneměnné zákony. Všechno to sestává z použití nástroje zvaného Josephsonův parametrický zesilovač. Vědci z JILA vyvinuli způsob, jak pomocí těchto malých zařízení „vytlačit“ světlo, které dostali z experimentu HAYSTAC. Fyzici nemusí přesně určovat obě vlastnosti přicházejících světelných vln - pouze jednu z nich. Komprese to využívá tím, že přesouvá nejistoty měření z jedné z těchto proměnných do druhé.

K testování této metody provedli vědcizkušební provoz na Yale University k nalezení částice v konkrétním hmotnostním rozmezí. Podle vědců to nenašli, ale experiment trval polovinu času než obvykle.

Přečtěte si více

Stopy raketového paliva byly nalezeny na Saturnově měsíci Rhea. Odkud to pochází?

Největší ledovec na světě se zhroutil, fragmenty se vrhly na sever. Je to nebezpečné?

Potrat a věda: co se stane s dětmi, které porodí

Výzkumný ústav v Boulderu v Coloradu