QROCODILE: Сверхпроводящие нанопроводники открывают новые горизонты в поисках тёмной материи
На протяжении десятилетий научные группы по всему миру пытаются обнаружить тёмную материю — загадочную форму вещества, не излучающую, не отражающую и не поглощающую свет. Для этого используются сверхчувствительные детекторы, способные уловить малейшие следы её взаимодействия с обычной материей.
Эксперимент QROCODILE (Квантовая Криогенная Обсерватория для Низкоэнергетической Тёмной Материи с Оптимизированным Разрешением), разработанный учёными из Цюрихского университета, Еврейского университета в Иерусалиме и MIT, предложил новый подход к решению этой задачи. В статье, опубликованной в Physical Review Letters, исследователи продемонстрировали высокую чувствительность своего детектора на основе сверхпроводящих нанопроводников (SNSPD).
«Идея QROCODILE возникла, когда эксперт по сверхпроводящим нанопроводникам Илья Чараев присоединился к нашей группе в Цюрихе, — рассказывают участники проекта Лаура Бойдис и Андреас Шиллинг. — Объединив его опыт с теоретическими наработками Йонит Хохберг и Бена Леманна, мы создали детектор, который одновременно является мишенью для частиц тёмной материи и сенсором, фиксирующим их взаимодействие».
Детекторы SNSPD из вольфрам-силицида (WSi), охлаждённые до 0,1 К, работают на принципе разрушения куперовских пар: даже крошечная энергия от столкновения с частицей тёмной материи создаёт резистивную «горячую точку», генерирующую измеримый импульс. Это позволяет фиксировать энерговыделения от 0,1 эВ, что в тысячи раз чувствительнее традиционных методов.
Первые испытания QROCODILE показали рекордную чувствительность — порог в 0,11 эВ и новые ограничения на рассеяние тёмной материи с электронами для масс от 30 кэВ. Кроме того, детектор демонстрирует направленную чувствительность, отличая гипотетический сигнал тёмной материи от фоновых шумов.
«Наше устройство реагирует на направление частиц, — поясняют исследователи. — Это ключевое преимущество, так как сигнал от тёмной материи должен коррелировать с движением Земли через галактический гало, в отличие от фона радиоактивности».
Перспективы и планы
Сейчас команда работает над увеличением массы мишени и снижением энергетического порога. Параллельно ведутся эксперименты по подавлению фоновых шумов с помощью подземной лаборатории в Гран-Сассо (Италия), где толстый слой породы экранирует космические лучи.
«Сотрудничество с группой, управляющей низкофоновым криостатом, уже начато, — отмечают учёные. — Мы также экспериментируем с новыми материалами и калибровкой при низких энергиях, включая использование источника железа-55».
В ближайшие годы QROCODILE сможет исследовать ранее недоступные параметры лёгкой тёмной материи. По словам разработчиков, следующий шаг — создание детекторов площадью до 1 см², что повысит вероятность регистрации редких событий. Совместно с коллаборациями DAMIC и SuperCDMS планируется комплексный анализ данных для перекрёстной проверки результатов.
«Это лишь начало, — заключает Бойдис. — Комбинация сверхпроводящих технологий и directional sensitivity может стать ключом к разгадке одной из главных тайн Вселенной».
Новое поколение детекторов QROCODILE планируется интегрировать в международные проекты по изучению тёмной материи, такие как DARWIN и XLZD. Это позволит проводить масштабные эксперименты с чувствительностью, на порядки превышающей текущие показатели. Кроме того, команда исследует возможность использования квантовой запутанности в нанопроводниках для дальнейшего повышения точности измерений.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
