Jedna od najvećih misterija nauke mogla bi biti korak bliže rešenju. Otprilike 80% materije u univerzumu je tamno, što znači da se ne može videti. U stvari, tamna materija neprestano prolazi kroz nas – verovatno brzinom od triliona čestica u sekundi.
Znamo da postoji jer možemo da vidimo efekte njegove gravitacije, ali dosadašnji eksperimenti to do sada nisu uspeli da otkriju.
Koristeći prednosti najnaprednijih kvantnih tehnologija, naučnici sa Univerziteta Lankaster, Univerziteta u Oksfordu i Rojal Holovej, Univerziteta u Londonu grade najosetljivije detektore tamne materije do sada.
Njihova javna izložba pod nazivom „Kvantni pogled na nevidljivi univerzum“ prikazana je na ovogodišnjoj vodećoj letnjoj naučnoj izložbi Kraljevskog društva od 2. do 7. jula 2024. Srodno istraživanje je takođe objavljeno u Journal of Lov Temperature Phisics.
Među istraživačima su dr Majkl Tompson, profesor Edvard Lerd, dr Dmitrij Zmejev i dr Samuli Auti iz Lankastera, profesor Džoselin Monro sa Oksforda i profesor Endru Kejsi sa RHUL-a.
EPSRC kolega dr Auti je rekao: „Koristimo kvantne tehnologije na ultra niskim temperaturama da bismo napravili najosetljivije detektore do sada. Cilj je da se posmatra ova misteriozna materija direktno u laboratoriji i reši jedna od najvećih enigmi u nauci.“
Postoje indirektni opservacijski dokazi o tipičnoj gustini tamne materije u galaksiji, ali masa sastavnih čestica i njihove moguće interakcije sa običnim atomima su nepoznate.
Teorija fizike čestica sugeriše dva verovatna kandidata za tamnu materiju: nove čestice sa toliko slabim interakcijama da ih još nismo primetili i veoma lagane čestice nalik talasima nazvane aksionima. Tim gradi dva eksperimenta, po jedan za traženje svakog.
Od dva kandidata, nove čestice sa ultra-slabim interakcijama mogle bi se otkriti kroz njihove sudare sa običnom materijom. Međutim, da li se ovi sudari mogu identifikovati u eksperimentu zavisi od mase tamne materije koja se traži. Većina dosadašnjih pretraga bi mogla da otkrije čestice tamne materije koje teže između pet i 1.000 puta veće od atoma vodonika, ali je moguće da su mnogo svetliji kandidati za tamnu materiju bili promašeni.
Tim Kuantum Enhanced Superfluid Technologies za tamnu materiju i kosmologiju (KUEST-DMC) ima za cilj da dostigne vodeću svetsku osetljivost na sudare sa kandidatima tamne materije sa masom između 0,01 do nekoliko atoma vodonika. Da bi se to postiglo, detektor je napravljen od superfluidnog helijuma-3, ohlađen u makroskopsko kvantno stanje i instrumentiran sa superprovodnim kvantnim pojačavačima. Kombinovanjem ove dve kvantne tehnologije stvara se osetljivost za merenje izuzetno slabih potpisa sudara tamne materije.
Nasuprot tome, ako je tamna materija napravljena od aksiona, one će biti izuzetno lagane — više od milijardu puta lakše od atoma vodonika — ali shodno tome i više. Naučnici ne bi mogli da otkriju sudare sa aksionima, ali umesto toga mogu da traže drugi potpis – električni signal koji nastaje kada se aksioni raspadaju u magnetnom polju.
Ovaj efekat se može meriti samo korišćenjem izuzetno osetljivog pojačala koji radi sa najvećom preciznošću koju dozvoljava kvantna mehanika. Tim Kuantum Sensors for the Hidden Sector (KSHS) stoga razvija novu klasu kvantnog pojačala koji je savršeno prilagođen za traženje aksionog signala.
Štand na ovogodišnjoj izložbi omogućiće posetiocima da posmatraju neviđeno uz maštovite praktične eksponate za sve uzraste.
Demonstrirajući kako zaključujemo tamnu materiju iz posmatranja galaksija, postojaće žiroskop-u-kutiji koji se kreće na iznenađujuće načine zbog nevidljivog ugaonog momenta. Takođe će postojati stakleni klikeri koji su providni u tečnosti, pokazujući kako se nevidljive mase mogu posmatrati pomoću pametnog eksperimentisanja.
Svetleći frižider za razblaživanje će pokazati kako tim postiže ultra-niske temperature, a model detektora čestica tamne materije će pokazati kako bi se naš univerzum ponašao da se tamna materija ponaša kao normalna materija.
Posetioci zatim mogu da traže tamnu materiju pomoću modela aksion detektora skeniranjem frekvencije radio prijemnika, a takođe mogu da kreiraju sopstveno parametarsko pojačalo pomoću klatna.
Kosmolog Karlos Frenk, član Kraljevskog društva i predsednik Komiteta za angažovanje javnosti, rekao je: „Nauka nam pomaže da razumemo svet u kome živimo — prošlost, sadašnjost i budućnost. Pozivam posetioce svih uzrasta da dođu sa otvorenog uma, radoznalosti i entuzijazma i slavimo neverovatna naučna dostignuća koja su nam svima od koristi.“
