Физики создали квантовый детектор для поиска темной материи
Ученые показали, что квантовые свойства атомов можно использовать для поиска темной материи и гравитационных волн. Новый детектор снижает помехи за счет сравнения сигналов от двух облаков сверххолодных атомов.
МОСКВА, 18 июня. /Новости науки/. Международная группа физиков создала прототип квантового детектора, который может искать темную материю и гравитационные волны с помощью атомной интерферометрии. Об этом сообщила пресс-служба Имперского колледжа Лондона.
Установка работает на принципе дифференциальной атомной интерферометрии. Это значит, что ученые следят не за одним, а сразу за двумя облаками атомов и сравнивают их поведение. Такой подход помогает убрать помехи, которые возникают из-за лазерного света во время измерений.
«Мы сделали большой шаг к созданию крупномасштабных квантовых сенсоров для решения задач фундаментальной физики. Нам удалось показать жизнеспособность атомной интерферометрии в максимально реалистичных условиях проведения замеров», — сказал профессор Имперского колледжа Лондона Оливье Бухмюллер.
Атомные интерферометры используют квантовые свойства вещества. В таких приборах облака отдельных атомов охлаждают почти до абсолютного нуля и изолируют от внешней среды. Затем ученые с помощью лазеров переводят атомы в состояние, где они ведут себя не только как частицы, но и как волны.
По изменению этих волн можно очень точно измерять действие гравитации и других слабых сил. Именно поэтому такие приборы рассматривают как один из возможных инструментов для поиска темной материи. Если частицы темной материи проходят через Землю, они могут вызвать очень слабые изменения, которые обычные приборы не заметят.
Главная проблема прежних схем состояла в шуме. Лазер, который нужен для работы интерферометра, сам создавал помехи. Из-за этого слабый сигнал от темной материи или гравитационной волны мог потеряться.
Чтобы решить эту задачу, физики создали установку с двумя облаками атомов стронция-87. Их охладили до двух микрокельвинов. Это примерно минус 273,1 градуса Цельсия, то есть почти абсолютный ноль.
Опыты показали, что прибор сохраняет предельную точность измерений, разрешенную законами квантовой механики, даже если в лазерный луч специально добавлять искусственные помехи. Кроме того, установка смогла уловить созданные учеными колебания, похожие по силе и структуре на возможные сигналы от гравитационных волн или скоплений темной материи.
По словам авторов работы, результат важен для будущих крупных детекторов. Он показывает, что строящийся в США проект MAGIS в лаборатории Ферми и планируемая европейская установка AICE в ЦЕРН смогут искать такие слабые сигналы в реальных условиях.
Исследование подтвердило, что атомная интерферометрия может стать основой нового поколения квантовых сенсоров для фундаментальной физики.
Установка работает на принципе дифференциальной атомной интерферометрии. Это значит, что ученые следят не за одним, а сразу за двумя облаками атомов и сравнивают их поведение. Такой подход помогает убрать помехи, которые возникают из-за лазерного света во время измерений.
«Мы сделали большой шаг к созданию крупномасштабных квантовых сенсоров для решения задач фундаментальной физики. Нам удалось показать жизнеспособность атомной интерферометрии в максимально реалистичных условиях проведения замеров», — сказал профессор Имперского колледжа Лондона Оливье Бухмюллер.
Атомные интерферометры используют квантовые свойства вещества. В таких приборах облака отдельных атомов охлаждают почти до абсолютного нуля и изолируют от внешней среды. Затем ученые с помощью лазеров переводят атомы в состояние, где они ведут себя не только как частицы, но и как волны.
По изменению этих волн можно очень точно измерять действие гравитации и других слабых сил. Именно поэтому такие приборы рассматривают как один из возможных инструментов для поиска темной материи. Если частицы темной материи проходят через Землю, они могут вызвать очень слабые изменения, которые обычные приборы не заметят.
Главная проблема прежних схем состояла в шуме. Лазер, который нужен для работы интерферометра, сам создавал помехи. Из-за этого слабый сигнал от темной материи или гравитационной волны мог потеряться.
Чтобы решить эту задачу, физики создали установку с двумя облаками атомов стронция-87. Их охладили до двух микрокельвинов. Это примерно минус 273,1 градуса Цельсия, то есть почти абсолютный ноль.
Опыты показали, что прибор сохраняет предельную точность измерений, разрешенную законами квантовой механики, даже если в лазерный луч специально добавлять искусственные помехи. Кроме того, установка смогла уловить созданные учеными колебания, похожие по силе и структуре на возможные сигналы от гравитационных волн или скоплений темной материи.
По словам авторов работы, результат важен для будущих крупных детекторов. Он показывает, что строящийся в США проект MAGIS в лаборатории Ферми и планируемая европейская установка AICE в ЦЕРН смогут искать такие слабые сигналы в реальных условиях.
Исследование подтвердило, что атомная интерферометрия может стать основой нового поколения квантовых сенсоров для фундаментальной физики.
