Ловушка для невидимки: как поймать темную материю ⚡ экспресс
Предложен гибридный детектор для поиска сверхлегкой темной материи (аксионов или темных фотонов) с массами порядка миллиэлектронвольта. Система объединяет диэлектрический галоскоп (преобразует темную материю в терагерцовые фотоны), ансамбль атомов рубидия (повышает частоту сигнала до оптического диапазона) и сверхпроводниковый нанодетектор одиночных фотонов. Узкая полоса и направленность атомного преобразования действуют как «фильтр», отсекающий тепловой шум. Ожидаемая чувствительность достигает значения, предсказанного для квантовой хромодинамики, открывая терагерцовое окно в астрофизике частиц.
Темная материя — невидимая масса, удерживающая галактики. Ее природа неизвестна, но один из вероятных кандидатов — аксион, сверхлегкая частица, почти не взаимодействующая с веществом. Чтобы поймать ее, физики создали гибридную ловушку.
Ловушка представляет собой слоистый прозрачный резонатор. Пролетая сквозь него, аксион с ничтожной вероятностью превращается в фотон невидимого терагерцового излучения. Слои многократно усиливают этот миг. Затем атомы рубидия, раздутые до гигантских размеров (ридберговские), улавливают этот фотон и излучают видимую вспышку. Сверхпроводящая нанонить на выходе фиксирует даже одиночный квант. За 10 дней измерений детектор нащупает аксионы на уровне, предсказанном квантовой теорией сильных взаимодействий — КХД-аксионов. Это будет первый прямой контакт с темной материей.
🎯 Название «аксион» дано в честь марки стирального порошка: физики надеялись, что частица «отстирает» нестыковки в теории.