พบวิธีค้นหาแกนที่เอาชนะความผันผวนของควอนตัม

ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เทคนิคใหม่ที่เรียกว่า "การบีบอัดควอนตัม" อย่างมีนัยสําคัญ

เร่งการค้นหาผู้สมัครสสารมืดหนึ่งคนในห้องปฏิบัติการ ผลลัพธ์ที่ตีพิมพ์ในวารสารธรรมชาติสัมผัสเบาอย่างไม่น่าเชื่อและนิ่งอนุภาคที่ยังไม่ถูกค้นพบ - แกน ตามทฤษฎีแล้วแกนอาจมีขนาดเล็กกว่าอิเล็กตรอนหลายพันล้านหรือล้านล้านเท่าและอาจถูกสร้างขึ้นเป็นจำนวนมากในช่วงบิ๊กแบง ลักษณะเหล่านี้เพียงพอที่จะอธิบายการมีอยู่ของสสารมืดได้

อย่างไรก็ตามการค้นหาอนุภาคที่มีแนวโน้มนี้คือทั้งหมดก็เหมือนกับการมองหาเข็มควอนตัมหนึ่งเข็มในกองหญ้าขนาดใหญ่ แต่ในกระบวนการนี้ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วเป็นไปได้ นักวิจัยในโครงการที่เรียกว่า Haloscope ที่ Yale Sensitive To Axion Cold Dark Matter (HAYSTAC) รายงานว่าพวกเขาได้ปรับปรุงประสิทธิภาพการล่าสัตว์โดยเอาชนะอุปสรรคพื้นฐานที่กำหนดโดยกฎของอุณหพลศาสตร์ ทีมนักวิทยาศาสตร์ประกอบด้วยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์และสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST)

HAYSTAC - เซ็นเซอร์ที่ออกแบบมาสำหรับการค้นหาสสารมืดตามแนวแกน ได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเยลและมีวัตถุประสงค์เพื่อ จำกัด การค้นหาอนุภาคของสสารมืดที่เข้าใจยากซึ่งอาจคิดเป็นมากกว่า 80% ของจำนวนสสารทั้งหมดในจักรวาล และสิ่งที่น่าสนใจที่สุดในกรณีนี้คือเครื่องตรวจจับ HAYSTAC ได้รับการออกแบบมาเพื่อค้นหาสสารมืดในรูปแบบของแกนอนุภาคย่อยของอะตอมซึ่งปัจจุบันมีอยู่ในทางทฤษฎีเท่านั้นและกำลังถูกค้นหาในการทดลองหลายครั้งรวมถึง Axion Dark Matter Experimentis .

แนวทางใหม่นี้ช่วยให้นักวิจัยดีขึ้นเพื่อแยกสัญญาณที่อ่อนแออย่างไม่น่าเชื่อของแกนที่เป็นไปได้ออกจากสัญญาณรบกวนแบบสุ่มที่มีอยู่ในธรรมชาติในระดับที่เล็กมากบางครั้งเรียกว่าความผันผวนของควอนตัม จากการศึกษาของ Konrad Lehnert ผู้เขียนร่วมนักวิจัย NIST ที่ JILA โอกาสของทีมในการค้นหาแกนในอีกไม่กี่ปีข้างหน้ายังคงเท่ากับการชนะลอตเตอรี แต่โอกาสเหล่านั้นจะดีขึ้นเท่านั้น

Daniel Palken ผู้ร่วมเขียนบทความใหม่อธิบายว่าสิ่งที่ทำให้แกนหายากมากทำให้มันเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับสสารมืด - มันเบาไม่มีประจุไฟฟ้าและแทบจะไม่ทำปฏิกิริยากับสสารปกติเลย

อุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดบางประการซึ่งนักวิทยาศาสตร์ชนกันเป็นกฎของกลศาสตร์ควอนตัมกล่าวคือหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก เขาจำกัดความแม่นยำของนักวิทยาศาสตร์ในการสังเกตอนุภาคของพวกเขา ในกรณีนี้ทีมงานไม่สามารถวัดคุณสมบัติที่แตกต่างกันสองอย่างของแสงที่เกิดจากแกนพร้อมกันได้อย่างแม่นยำ

อย่างไรก็ตามทีม HAYSTAC สามารถหลีกเลี่ยงสิ่งเหล่านี้ได้กฎหมายที่ไม่เปลี่ยนรูป ทุกอย่างมาจากการใช้เครื่องมือที่เรียกว่าแอมพลิฟายเออร์พาราเมตริกของโจเซฟสัน นักวิทยาศาสตร์ของ JILA ได้พัฒนาวิธีใช้อุปกรณ์ขนาดเล็กเหล่านี้เพื่อ "บีบ" แสงที่ได้รับจากการทดลอง HAYSTAC นักฟิสิกส์ไม่จำเป็นต้องระบุคุณสมบัติทั้งสองอย่างของคลื่นแสงที่เข้ามาได้อย่างแม่นยำเพียงอย่างเดียว การบีบอัดใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้โดยการเปลี่ยนความไม่แน่นอนของการวัดจากตัวแปรเหล่านี้ไปยังอีกตัวแปรหนึ่ง

เพื่อทดสอบวิธีนี้นักวิจัยได้ดำเนินการการทดลองใช้ที่มหาวิทยาลัยเยลเพื่อค้นหาอนุภาคในช่วงมวลเฉพาะ ตามที่นักวิทยาศาสตร์ไม่พบ แต่การทดลองใช้เวลาครึ่งหนึ่งกว่าปกติ

อ่านเพิ่มเติม

พบร่องรอยของเชื้อเพลิงจรวดบนดวงจันทร์เรอาของดาวเสาร์ มันมาจากไหน?

ภูเขาน้ำแข็งที่ใหญ่ที่สุดในโลกถล่มเศษชิ้นส่วนพุ่งไปทางเหนือ เป็นอันตรายหรือไม่?

การทำแท้งกับวิทยาศาสตร์: จะเกิดอะไรขึ้นกับเด็กที่จะคลอด

สถาบันวิจัยในโบลเดอร์โคโลราโด