Сверхчувствительный датчик QROCODILE готовится "ловить" темную материю

Команда ученых из Цюрихского университета и Еврейского университета Иерусалима провела эксперимент QROCODILE, который достиг рекордной чувствительности, и готов "ловить" частицы темной материи.

Темная материя остается одной из главных загадок современной физики. Составляя около 85% массы материи Вселенной, она остается невидимой для обычных методов наблюдения, поскольку не излучает и не поглощает свет.

Международная коллаборация исследователей представила первые результаты нового эксперимента QROCODILE, который может впервые "поймать" частицы темной материи. В основе QROCODILE лежит сверхпроводящий детектор, способный измерять сверхслабые энергетические отклонения в миллионы раз меньше энергий, обычно регистрируемых в экспериментах по физике частиц. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Основа детектора QROCODILE – нанопроволока из сверхпроводящего материала, охлажденная почти до абсолютного нуля. Когда частица попадает в такую нанопроволоку, поглощение фотона разрушает сверхпроводящее состояние, и материал проволоки переходит в нормальное состояние. При этом на проволоке падает напряжение и регистрируется скачок сопротивления.

Но высокая чувствительность – это всегда высокий уровень фонового шума. Сколько бы ученые не укрывали датчик экранами, – фоновый шум остается. Но у физиков есть идея, которая может помочь различить в этом шуме именно частицы темной материи.

Земля летит сквозь галактическое гало, и частицы темной материи, из которых оно предположительно состоит, должны чаще падать на датчик с той стороны, куда летит Земля. А фоновый шум равномерно падает со всех сторон. Вот это крохотную поправку, которая зависит от направления датчика ученые и хотят уловить.

В ходе первого запуска продолжительностью более 400 часов команда зарегистрировала небольшое количество необъяснимых сигналов, но их еще нельзя считать частицами темной материи. Следующий этап проекта – NILE QROCODILE, еще больше повысит чувствительность детектора. Ученые переместят эксперимент под землю для защиты от космических лучей. С улучшенным экранированием, большими массивами детекторов и еще более низкими энергетическими порогами исследователи стремятся расширить границы понимания "темной" Вселенной.