Тёмная материя не светится и не отражает свет, но её притяжение удерживает галактики от разлёта. Из чего она состоит — загадка. Один из главных кандидатов — аксионы, сверхлёгкие частицы. Их поиск похож на прослушивание очень тихого радиосигнала, но мешает собственный шум приёмника.
Учёные предложили новый приёмник: одиночный электрон в ловушке Пеннинга (устройство, где магнитное и электрическое поля держат заряженную частицу в подвешенном состоянии). Электрон поглощает микроволновые фотоны — частицы света. Каждое поглощение слегка сдвигает фазу его колебаний. Этот сдвиг можно уловить, если усилить сигнал особым способом, который гасит тепловой шум. Такой счётчик одиночных фотонов работает на частотах 30–60 ГГц и подходит для поиска аксионов с массами от 0,124 до 0,248 мэВ (миллиэлектронвольт — единица энергии, крошечная даже для элементарных частиц).
Метод сравнивают с идеальным детектором. Он уступает лишь немного, а этого достаточно, чтобы впервые прощупать область масс, куда раньше не дотягивались. Помимо охоты за тёмной материей, техника пригодится для сверхточных измерений частот в ловушках Пеннинга.
Ловушка Пеннинга может удерживать один электрон месяцами, не давая ему коснуться стенок — как левитация в невидимой клетке из магнитных полей.