Ловци на невидимото: Физици създадоха квантов сензор за откриване на „вълни“ от тъмна материя

Директното откриване на тъмната материя все още е извън обсега на съвременната наука и технологии. Въпреки че учените смятат, че тя съставлява по-голямата част от материята във Вселената, нейните частици остават хипотетични и неуловими. Тя не може да бъде открита с телескопи или други устройства, които използват светлина. Тя обаче може да бъде засечена чрез гравитационното въздействие върху видимите обекти.Учени от Съединените щати са изобретили и сглобили квантов сензор със свръхвисока чувствителност, с който се надяват да уловят и измерят „вълната“ на тъмната материя.

Екип от физици от Националната лаборатория „Оук Ридж“ към Министерството на енергетиката е разработил квантова оптична техника, която приближава учените до откриването на тъмната материя. Авторите на изследването демонстрират как с помощта на компресирана светлина и квантово заплитане в разпределена сензорна мрежа може да се постигне чувствителност, недостъпна с класическите методи.

„С класически методи не бихме могли да постигнем чувствителността, необходима за откриване на тъмна материя“, обяснява Клер Марвини, водещ учен по проекта. – Нуждаем се от квантово предимство, така че използвахме тези два ресурса, за да подобрим нашия сензор, демонстрирайки убедителни подобрения.“

Изследователите използват два квантови подхода, които подобряват нивото на чувствителност на сензорите: компресия, която намалява квантовия шум под класическата оптична граница, и заплитане, което създава квантови корелации между оптичните лъчи. Използвайки двурежимния компресиран светлинен източник в конфигурация на нелинеен интерферометър, изследователите измерват оптичните фазови измествания с потискане на квантовия шум.

Разработената схема за разпределено отчитане позволява на множество оптико-механични сензори колективно да засичат слабите сигнали от взаимодействията с тъмната материя, се посочва в съобщението за пресата. Тъй като ултралеката тъмна материя се държи като вълна, масивът от сензори успява да измери един и същ сигнал колективно.

„Ултралеката тъмна материя се държи като вълна и ако имате много сензори, те колективно ще взаимодействат с тази вълна от тъмна материя и ще видят един и същ сигнал в смисъл, че всички те измерват един и същ сигнал и резултатът е средната стойност от измерванията на всички сензори“, казва Алберто Марино, ръководител на научния екип, обсъждайки високата плътност на ултралеката бозонна тъмна материя. – При такива обстоятелства ние търсим подходи, които ни позволяват да използваме квантовите ресурси, като например квантовото заплитане, за да получим по-точни измервания.“

Нов прозорец към Вселената през 2026 г.

Разработката на екипа, воден от Алберто Марино и Клер Марвини, е важна крачка към прякото детектиране на бозонната тъмна материя с изключително малка маса. Използването на нелинейни интерферометри позволява да се уловят и най-фините фазови отмествания, причинени от преминаването на тъмната материя през детектора.