Fermilab erfindet die Qubit-basierte Technologie, um genau nach dunkler Materie zu suchen

Alle Theorien über die Entstehung des Weltraums erklären nur 4 % des beobachtbaren Universums, und der Rest ist voller Dunkelheit

Materie und dunkle Energie.Diese Phänomene sind die rätselhaftesten Teile des Kosmos und könnten die Bewegung der Sterne und die Expansion des Universums erklären. Doch bislang ist es Wissenschaftlern nicht gelungen, diesen sogenannten Dunklen Sektor zu beobachten. Nun hoffen Forscher, eine neue Kraft zu finden, die den Dunklen Sektor mit gewöhnlicher Materie verbindet. Die Entdeckung wird zeigen, woraus dunkle Materie und Energie besteht, wenn sie überhaupt existieren.

Dunkle Materie ist eine unsichtbare Substanzmacht 85 % der gesamten Materie im Universum aus. Um es zu finden, hat eine Zusammenarbeit von Wissenschaftlern supraleitende Versionen von Qubits entwickelt. Sie werden in der Lage sein, selbst schwache Signale zu erkennen, die von zwei Arten hypothetischer subatomarer Teilchen ausgesendet werden. Sie wiederum könnten in einem unsichtbaren, aber allgegenwärtigen Teil des Universums vorhanden sein – dem dunklen Sektor.

• Axion gilt als einer der Kandidaten für die Rolle der Teilchen, aus denen die Dunkle Materie besteht.

• Dunkles Photon - hypothetisches Elementarein Teilchen, ein vermeintlicher Träger einer neuen fundamentalen Wechselwirkung, ein Analogon von Photonen für dunkle Materie. Zusammen mit der Schwerkraft kann es ein "Vermittler" zwischen gewöhnlicher und dunkler Materie sein, der es ihnen ermöglicht, miteinander zu interagieren.

Eine neue Technik zur 36-fachen Suche nach Dunkler Materieempfindlicher auf diese Teilchen als das Quantenlimit – der Standard herkömmlicher Quantenmessungen, wodurch die Suche nach einer unbekannten Substanz 1000-mal schneller durchgeführt werden kann. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um eine Grenze für die Genauigkeit einer kontinuierlichen oder wiederholt wiederholten Messung von jede Größe, die von einem Operator beschrieben wird, der zu verschiedenen Zeitpunkten nicht mit sich selbst pendelt.

Der blaue Zylinder in diesem Diagramm repräsentiertist ein supraleitender Mikrowellenresonator, der zum Speichern eines Signals der dunklen Materie verwendet wird. Lila ist ein Qubit. Der Wert bezieht sich auf die Anzahl der gezählten Photonen. Wenn dunkle Materie ein Photon erfolgreich in den Resonator eingebracht hat, beträgt die Ausgabe 1. Keine Ablagerung eines Photons führt zu einer 0-Messung. Foto: Akash Dixit, University of Chicago.

In einer neuen Methode zum Nachweis von PhotonenQubits sind vorgesehen. Sie entstehen durch die Wechselwirkung von Teilchen der Dunklen Materie mit einem elektromagnetischen Feld. Der Vorteil der Verwendung von Qubits als Detektoren anstelle herkömmlicher Technologie liegt in ihrem Mechanismus zur Interaktion mit Photonen. 

Die Methode wird in Physical Review vorgestelltLetters erforscht das Photon, ohne es zu zerstören. Wiederholte Messungen desselben Photons über 500 Mikrosekunden seines Lebens bieten eine „Versicherung“ gegen fehlerhafte Messwerte. Es ist diese Eigenschaft, die den Erfolg der neuen Technik zur Suche nach Dunkler Materie verspricht.

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