Исследователи из Университета Райса представили инновационный датчик, основанный на принципе магнитной левитации. Его уникальность заключается в способности улавливать квантовые флуктуации, которые могут быть вызваны гипотетической ультралегкой темной материей, беспрепятственно пронизывающей нашу планету.
Загадка темной материи и новый подход
Несмотря на то что темная материя, по современным представлениям, составляет львиную долю материального содержимого Вселенной, ее прямое обнаружение остается одной из главных задач физики. Некоторые теоретические модели описывают сверхлегкую темную материю не как дискретные частицы, а как непрерывную волновую субстанцию. Эта волна должна создавать ритмические силы, которые можно было бы зафиксировать при наличии сверхчувствительного оборудования. Именно для решения этой задачи и был создан новый сенсор.
Принцип работы и первые результаты
Команда ученых, в которую вошли Кристофер Таннелл и Дориан Амарал из Райса, а также их коллеги из Лейденского университета, сконструировала устройство невероятной точности. Оно способно регистрировать движения, меньшие, чем диаметр атома водорода. В основе технологии лежит крошечный неодимовый магнит, который с помощью магнитной левитации удерживается в сверхпроводящей полости, охлажденной почти до абсолютного нуля. В таких условиях магнит находится в состоянии, близком к идеальной невесомости и отсутствию трения, что позволяет ему свободно реагировать на малейшие внешние воздействия.
В ходе первых экспериментов исследователи наблюдали за левитирующей частицей, пытаясь обнаружить ритмические силы, предсказанные теорией. Они искали взаимодействия, зависящие от барионного и лептонного чисел — фундаментальных сохраняющихся величин в физике частиц. Даже мельчайшие изменения в этих параметрах могли бы указать на присутствие темной материи.
Обратите внимание: MIT и IBM хотят изменить наш мир с помощью искусственного интеллекта.
Значение отрицательного результата
Ожидаемого сигнала обнаружить не удалось. Однако, как подчеркивают ученые, это не провал, а важный научный результат. Эксперимент позволил исключить возможность существования сверхлегкой темной материи, взаимодействующей в узком диапазоне частот около 26,7 Гц. Это существенно сужает область поисков для будущих исследований. Кристофер Таннелл образно сравнил этот процесс с поисками потерянного ключа: проверка одного места позволяет с большей уверенностью искать в другом.
Планы на будущее и перспективы технологии
Ученые уже работают над усовершенствованной версией детектора, которую в шутку назвали «Полонез» — в память о танце, исполненном во время встречи на климатическом протесте, где и родилась идея подобных измерений. Новая установка будет использовать более тяжелые магниты, обеспечит более стабильную левитацию и расширит исследуемый диапазон частот, что откроет доступ к ранее недоступным областям параметрического пространства темной материи.
Помимо прямой охоты на темную материю, разработанная методика открывает новые горизонты для изучения слабых дальнодействующих сил в природе. Способность измерять воздействия, сопоставимые с весом одного вируса, делает магнитную левитацию мощным инструментом для фундаментальной физики. Как отметил Дориан Амарал, они не просто проверяют конкретную теорию, а закладывают основу для целого нового класса высокоточных измерений, которые помогут ответить на самые глубокие вопросы о Вселенной.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.