Найден способ ускорения создания детекторов сверхлегкой темной материи

Физики из Финляндии создали квантовый калориметр, устройство для замеров энергии частиц, способное измерять рекордно малые порции энергии, составляющие меньше одного зептоджоуля (триллионных долей наноджоуля). Это ускорит разработку квантовых компьютеров и позволит ученым создать детекторы, способные искать следы аксионов, частиц сверхлегких форм темной материи, сообщила пресс-служба Университета Аалто.

«Данная разработка открывает дорогу для подсчета индивидуальных фотонов в пучках микроволнового излучения. Это не только очень важно для прогресса в области квантовых технологий, но и для астрофизических наблюдений. Для нас крайне важным было создать устройство, способное замерять энергию в произвольный момент времени, что важно для обнаружения аксионов в окружающем нас пространстве», — заявил профессор Университета Аалто (Финляндия) Микко Меттенен, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Как отмечают профессор Меттенен и его коллеги, за последние два десятилетия физики создали сразу несколько детекторов фотонов и калориметров, способных улавливать одиночные частицы света в микроволновом диапазоне электромагнитных волн. Фактически все подобные устройства при этом работают в очень узкой части спектра и при этом они не способны точно замерять энергетические характеристики частиц, что сильно ограничивает их применимость на практике.

Исследователи из Финляндии обошли эти проблемы при помощи созданного ими квантового калориметра, который состоит из двух ключевых компонентов — микроскопического стержня из золота и платины и множества встроенных в него алюминиевых дисков и нанопроводов. При охлаждении до температуры, близкой к абсолютному нулю, алюминий превращается в сверхпроводник, тогда как сплав из золота и платины остается обычным проводником.

«Данная комбинация металлов приводит к тому, что сверхпроводящие свойства алюминиевой части детектора начинают очень сильно зависеть от температуры обычного проводника. Если она поднимается даже на крайне малое значение при прохождении импульса микроволнового излучения через эту структуру, то способность устройства проводить ток резко ослабляется, что позволяет улавливать даже самые импульсы волн», — пояснил профессор Меттенен.

Проведенные учеными замеры показали, что разработанная ими структура способна фиксировать импульсы микроволнового излучения с энергией порядка 0,83 зептоджоуля, что сопоставимо с энергией всего 170 частиц света и является абсолютным мировым рекордом по порогу чувствительности. В перспективе, это позволит создавать не только сверхчувствительные детекторы частиц света для квантовых компьютеров, но и сенсоры аксионов и прочих форм «легкой» темной материи, подытожили физики.