Ученые из США создали кристалл для поиска темной материи

Отмечается, что размер данного кристалла составляет всего 200 микрометров, однако он 10 в раз более чувствителен, чем датчики радиочастотного электромагнитного поля на основе атомов Ридберга.

Статья, посвященная разработке, опубликована в журнале Science.

В частности, кристалл может улавливать частоты, которые теоретически излучаются виртуальными частицами аксионами.

Однако, по словам разработчиков, работоспособность кристалла зависит от квантовой запутанности и переменных времени.

Эксперименты с кристаллом в данный момент проводятся в в Национальном институте стандартов и технологий США.

По словам специалистов института, поимка настоящего аксиона станет ключом к разгадке природы темной материи.

В комментарии изданию Vice физик-теоретик Ана Мария Рей отметила, что создание квантовой связи между механическими и электромагнитными свойствами квантового кристалла стало настоящим прорывом.

«Мы используем квантовые инструменты и ресурсы, предлагаемые только квантовыми системами, чтобы делать зондирование, которое невозможно при использовании классических ресурсов», – отметила ученый.

В своем эксперименте специалисты Национального института стандартов и технологий создали квантовую запутанность на основе физических свойств ионов бериллия, которые составляют структуру кристалла, и механических колебаний моментов вращения.

Механические колебания относятся к коллективному движению ионов вдоль плоскости, в то время как моменты вращения относятся к индивидуальному положению ионов.

В связанном состоянии кристалл теоретически способен воспринимать тонкую электромагнитную волну, создаваемую аксионом, когда она попадает в сильное магнитное поле внутри детектора.

Поскольку аксионы существуют только в теоретических моделях темной материи, команда ввела напряжение для имитации электрического поля, которое может создать аксион, чтобы проверить свой метод.

«Аксион генерирует электромагнитную волну в виде электрического поля с определенной частотой. Если наши ионы резонируют с этой частотой, то электрическое поле может вызвать движение, и это движение мы можем очень точно обнаружить», – пояснила Ана Мария Рей.

Данное движение физики называют смещением. В состоянии квантовой запутанности измерить такое смещение не составляет проблем, однако остается еще проблема, именуемая принципом неопределенности Гейзенберга, состоящим в том, что чем точнее будет измерена одна характеристика частицы, тем менее точно можно будет измерить вторую характеристику.

«Запутанность — это фантастика; это уменьшает шум, но если вы хотите воспользоваться этой запутанностью, это очень сложно, потому что когда вы ее измеряете, вы разрушаете волновую функцию, что добавляет больше шума и сводит на нет все преимущества, которых вы достигли благодаря запутыванию», – отмечает Ана Мария Рей.

После получения сигнала о появлении смещения в состоянии квантовой запутанности ученые вновь распутали свойства ионов.

Когда квантовая запутанность отключена, в кристаллической системе снова возникают помехи, однако информация о смещении, произошедшем во время фазы запутывания, отображается во вращении ионов, как штамп в квантовом паспорте. Таким образом сохраняются данные измерений, которые команда не могла получить во время запутанности ионов.

Курсор уже сообщал, что ученые обнаружили, что темная материя замедляет вращение галактического бара Млечного Пути.