Fermilab uppfinner qubit-baserad teknik för att exakt söka efter mörk materia

Alla teorier om skapandet av rymden förklarar bara 4% av det observerbara universum, och resten är fylld av mörker

materia och mörk energi.Dessa fenomen är de mest förbryllande delarna av kosmos och kan förklara stjärnornas rörelser och universums expansion. Men hittills har forskare inte kunnat observera denna så kallade mörka sektor. Nu hoppas forskarna hitta en ny kraft som förbinder den mörka sektorn med vanlig materia. Upptäckten kommer att avslöja vad mörk materia och energi består av, om de överhuvudtaget existerar.

Mörk materia är en osynlig substans somstår för 85% av all materia i universum. För att hitta det har ett samarbete mellan forskare utvecklat supraledande versioner av qubits. De kommer att kunna upptäcka även svaga signaler som sänds ut av två typer av hypotetiska subatomära partiklar. De kan i sin tur vara närvarande i en osynlig men allestädes närvarande del av universum - den mörka sektorn.

• Axion anses vara en av kandidaterna för rollen som partiklar som utgör mörk materia.

• Dark Photon - hypotetisk elementären partikel, en antagen bärare av en ny grundläggande interaktion, en analog av fotoner för mörk materia. Tillsammans med gravitationen kan det vara en "medlare" mellan vanlig och mörk materia, så att de kan interagera med varandra.

En ny teknik för att söka efter mörk materia 36 gångerkänsligare för dessa partiklar än kvantgränsen - standarden för konventionella kvantmätningar, vilket gör att sökningen efter ett okänt ämne kan utföras 1000 gånger snabbare. varje kvantitet som beskrivs av en operatör som inte pendlar med sig själv vid olika tillfällen.

Den blå cylindern i detta diagram representerarär en supraledande mikrovågsresonator som används för att lagra en mörk materiesignal. Lila är en qubit. Värdet avser antalet räknade fotoner. Om mörk materia framgångsrikt har placerat en foton i resonatorn blir utgången 1. Ingen avsättning av en foton kommer att resultera i en mätning av 0. Foto: Akash Dixit, University of Chicago.

I en ny metod för att detektera fotonerqubits är avsedda. De kommer att produceras genom interaktion av mörk materia partiklar med ett elektromagnetiskt fält. Fördelen med att använda qubits som detektorer istället för traditionell teknik är deras mekanism för att interagera med fotoner. 

Metod presenterad i Fysisk granskningLetters, utforskar fotonen utan att förstöra den. Upprepade mätningar av samma foton över 500 mikrosekunder av dess liv ger "försäkring" mot felaktiga avläsningar. Det är denna funktion som lovar framgången för den nya tekniken för att söka efter mörk materia.

Läs mer

Den första exakta världskartan skapades. Vad är fel med alla andra?

Uranus har fått status som den konstigaste planeten i solsystemet. Varför?

NASA berättade hur de kommer att leverera prover av Mars till jorden