Dark SRF: Новый взгляд на тайны темной материи

Ученые, работающие над экспериментом "Dark SRF" в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми Министерства энергетики США, продемонстрировали беспрецедентную чувствительность экспериментальной установки, предназначенной для поиска теоретически возможных частиц, известных как темные фотоны. Сообщает innovanews.ru.

Исследователи удерживали обычные безмассовые фотоны в устройствах, называемых сверхпроводящими радиочастотными резонаторами, чтобы обнаружить переход этих фотонов в их гипотетические аналоги из темного сектора. Этот эксперимент позволил установить наилучшее в мире ограничение на существование темных фотонов в определенном диапазоне масс, о чем недавно был опубликован материал в журнале "Physical Review Letters".

"Темный фотон — это копия, похожая на известный нам фотон, но с некоторыми отличиями," — говорит Рони Харник, научный сотрудник Центра сверхпроводящих квантовых материалов и систем при Фермилабе и соавтор данного исследования.

Свет, который позволяет нам видеть обычную материю в нашем мире, состоит из частиц, называемых фотонами. Но обычная материя составляет лишь малую часть всей материи. Наша Вселенная заполнена неизвестной субстанцией, называемой темной материей, которая составляет 85% всей материи. Стандартная модель, описывающая известные частицы и силы, является неполной.

В самом простом варианте теоретиков один неоткрытый тип частиц темной материи мог бы объяснить всю темную материю во Вселенной. Однако многие ученые подозревают, что темный сектор во Вселенной состоит из множества различных частиц и сил, одни из которых могут иметь скрытые взаимодействия с частицами и силами обычной материи.

Подобно тому, как у электрона есть копии, отличающиеся друг от друга, в том числе мюон и тау, темный фотон будет отличаться от обычного фотона и обладать массой. Теоретически, после получения фотоны и темные фотоны могут превращаться друг в друга с определенной скоростью, задаваемой свойствами темного фотона.

Инновационное использование SRF-полостей Для поиска темных фотонов исследователи проводят эксперимент под названием "Свет сквозь стену". Для обнаружения превращения обычного фотона в фотон темной материи используются две полые металлические полости. В одной полости ученые хранят обычные фотоны, а другую полость оставляют пустой. Затем ученые отслеживают появление фотонов в пустой полости.

Исследователи Фермилаба, работающие в Центре SQMS, имеют многолетний опыт работы с SRF-полостями, которые используются в основном в ускорителях частиц. Теперь сотрудники Центра SQMS стали использовать SRF-полости для других целей, таких как квантовые вычисления и поиск темной материи, благодаря их способности хранить и использовать электромагнитную энергию с высокой эффективностью.

"Мы искали другие области применения сверхпроводящих радиочастотных резонаторов, и я узнал об этих экспериментах, в которых два медных резонатора используются рядом друг с другом для проверки света, проходящего сквозь стену," — сказал Александр Романенко, руководитель направления квантовых технологий Центра SQMS.

"Мне сразу стало ясно, что с помощью SRF-полостей мы сможем добиться большей чувствительности, чем с помощью полостей, использовавшихся в предыдущих экспериментах."

Этот эксперимент является первой демонстрацией использования SRF-полостей для проведения эксперимента по просвечиванию стен.

SRF-полости, используемые Романенко и его сотрудниками, представляют собой полые куски ниобия. При охлаждении до сверхнизких температур эти полости очень хорошо сохраняют фотоны, или пакеты электромагнитной энергии. Для эксперимента "Dark SRF" ученые охладили полости SRF в ванне с жидким гелием до температуры около 2 К, близкой к абсолютному нулю.