ذرات ماده تاریک مورد جست‌و‌جو قرار گرفتند!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،محققان فیزیک اخیرا موفق به ساخت و آزمایش یک آشکارساز ابررسانایی شده‌اند که حساسیت کافی برای شناسایی ذرات ماده تاریک با جرم کمتر از الکترون را دارد. این دستگاه با ثبت سیگنال‌های ضعیف فوتون جست‌و‌جو برای ماده تاریک را به قلمرو‌هایی کاملاً جدید گسترش می‌دهد.

به گزارش sciencedaily، حدود ۸۰ درصد از جرم کیهان تصور می‌شود از ماده تاریک تشکیل شده باشد، اما هنوز اطلاعات بسیار محدودی درباره ترکیب و ساختار ذرات تشکیل‌دهنده آن در دست است. این موضوع فیزیک‌دانان را با پرسش‌های بنیادین مواجه کرده است. برای بررسی این ماده اسرارآمیز، پژوهشگران در تلاش‌اند فوتون‌ها یا ذرات نور را ثبت کنند، فوتون‌هایی که هنگام برخورد ذرات ماده تاریک با ماده قابل مشاهده ایجاد می‌شوند. هرچند تاکنون هیچ شواهد مستقیمی از ماده تاریک ثبت نشده، اما این تلاش‌ها اهمیت بالایی دارد، چرا که نشان می‌دهد ذرات ماده تاریک در بازه جرم و میزان برهم‌کنش مورد آزمایش وجود ندارند.

آشکارساز جدید حساس به رویداد‌های با انرژی پایین

یک تیم بین‌المللی به سرپرستی لورا بادیس، تیتوس نوئپرت، بیورن پنینگ و آندریاس شیلینگ از دپارتمان فیزیک دانشگاه زوریخ (UZH) توانسته‌اند وجود ذرات ماده تاریک را در بازه گسترده‌ای از جرم‌ها کمتر از یک مگاالکترون‌ولت (MeV) بررسی کنند. با استفاده از یک آشکارساز پیشرفته تک‌فوتونی ابررسانای نانو‌سیم (SNSPD) پژوهشگران به حساسیتی دست یافتند که معادل حدود یک‌دهم جرم الکترون است.

طبق یافته‌ها احتمال وجود ذرات ماده تاریک بالاتر از این آستانه جرم بسیار کم است. لورا بادیس، نویسنده اول مقاله، می‌گوید: برای اولین بار توانستیم ماده تاریک را در بازه جرمی بسیار پایین جست‌و‌جو کنیم و این امر با فناوری جدید آشکارساز امکان‌پذیر شد.

در سال ۲۰۲۲ تیم تحقیقاتی نمونه‌ای از دستگاه SNSPD را آزمایش کرد که حساسیت بالایی به فوتون‌های با انرژی پایین داشت. هنگامی که یک فوتون به نانو‌سیم برخورد می‌کند، دمای آن کمی افزایش یافته و باعث می‌شود به‌طور موقت ابررسانایی خود را از دست بدهد. سیم به طور موقت به یک هادی معمولی تبدیل شده و افزایش مقاومت الکتریکی ناشی از آن قابل اندازه‌گیری است.

بیشتر بخوانید

ربات برکلی استاد پینگ‌پنگ شد! +فیلم

فناوری RNA چرخه تکثیر فاژ‌ها را متوقف کرد

فناوری نانو سلاحی نوین علیه سرطان

شناسایی کوچک‌ترین ذرات ماده تاریک

در آخرین آزمایش دانشمندان UZH دستگاه SNSPD را بهینه کردند تا به‌طور ویژه برای شناسایی ماده تاریک مناسب باشد. آنها به جای نانو‌سیم‌ها از میکروسیم‌های ابررسانا استفاده کردند تا سطح مقطع دستگاه افزایش یابد. همچنین، دستگاه با هندسه‌ای نازک و مسطح طراحی شد که حساسیت بالایی به تغییر جهت دارد. دانشمندان فرض می‌کنند زمین از میان باد ذرات ماده تاریک عبور می‌کند و جهت حرکت این ذرات در طول سال با توجه به سرعت نسبی تغییر می‌کند. یک دستگاه که قادر به ثبت تغییر جهت باشد می‌تواند به حذف رویداد‌های غیرماده‌تاریک کمک کند.

تیتوس نوئپرت می‌گوید: با پیشرفت‌های تکنولوژیکی بیشتر در SNSPD می‌توانیم سیگنال‌هایی از ذرات ماده تاریک با جرم‌های حتی کمتر را نیز شناسایی کنیم. همچنین قصد داریم این سیستم را در زیرزمین مستقر کنیم تا در برابر منابع دیگر تابش بهتر محافظت شود.

در بازه‌های جرمی پایین‌تر از جرم الکترون، مدل‌های کنونی برای توضیح ماده تاریک با محدودیت‌های قابل توجهی از نظر اخترفیزیکی و کیهان‌شناختی مواجه هستند.