3149
Більша частина Всесвіту складається з темної матерії та темної енергії, природа яких залишається невідомою.
За наявними оцінками, близько 95% космічного вмісту не належить до звичайної матерії. Це обмежує сучасні уявлення про фундаментальні закони фізики.
Рупак Махапатра, експериментальний фізик елементарних частинок з Техаського університету A&M, працює над створенням надчутливих напівпровідникових детекторів. Вони базуються на кріогенних квантових сенсорах — “пристроях, що працюють за наднизьких температур для фіксації мінімальних енергетичних сигналів”. Такі інструменти застосовують у міжнародних експериментах з пошуку темної матерії.
Махапатра описує обмеженість знань через образну аналогію. «Це схоже на спробу описати слона, торкаючись лише його хвоста. Ми відчуваємо щось масивне й складне, але охоплюємо лише малу частину», — зазначив фізик. Його команда нещодавно опублікувала результати в журналі Applied Physics Letters.
Темна матерія та темна енергія отримали свої назви через невідомий склад. Темна матерія формує масу галактик і скупчень, впливаючи на їхню структуру. Темна енергія — “явище, пов’язане з прискореним розширенням Всесвіту”.
Обидві компоненти не випромінюють і не поглинають світло. Це унеможливлює їхнє пряме спостереження. Дослідники аналізують лише гравітаційний вплив на рух галактик.
У лабораторіях Texas A&M розробляють детектори з винятковою чутливістю. Вони здатні реєструвати надрідкісні взаємодії частинок з речовиною. Такі сигнали можуть з’являтися раз на роки або десятиліття.
«Проблема в тому, що темна матерія взаємодіє надзвичайно слабо», — пояснив Махапатра. «Нам потрібні детектори, здатні бачити події, які трапляються раз на рік». Його група бере участь у глобальному експерименті TESSERACT.
«Йдеться про інновації», — додав він. «Ми знаходимо способи підсилювати сигнали, раніше приховані шумом». Texas A&M входить до обмеженого кола установ, задіяних у цьому проєкті.
Протягом 25 років Махапатра працює в експерименті SuperCDMS. У 2014 році він став співавтором статті в Physical Review Letters. Там було представлено метод “вольтажно-підсиленого калориметричного іонізаційного детектування”.
Цей підхід дозволив досліджувати низькомасивні WIMP — “гіпотетичні частинки зі слабкою взаємодією”. У 2022 році вчений долучився до роботи про комбінування різних методів пошуку. «Жоден експеримент не дасть усіх відповідей», — зазначив Махапатра.
Він підкреслює практичне значення досліджень. «Якщо ми виявимо темну матерію, це відкриє нову главу фізики», — сказав учений. За його словами, розвиток сенсорних технологій може привести до непередбачуваних застосувань.
WIMP розглядають як одного з головних кандидатів на роль темної матерії. Такі частинки можуть проходити крізь Землю без сигналу. Тому експерименти потребують багаторічних спостережень для фіксації навіть одиничної події.
Фізики наблизилися до розгадки темної матерії Всесвіту з’явилася спочатку на Цікавості.
