211service.com
Superlaidūs nanolaidai gali būti naudojami tamsiajai medžiagai aptikti
Vienas iš didžiausių mūsų laikų mokslinių ieškojimų yra tamsiosios medžiagos medžioklė. Fizikai mano, kad ši medžiaga užpildo visatą ir mano, kad galaktikų sukimosi būdu gali matyti to įrodymų. Iš tiesų, galaktikos sukasi taip greitai, kad turėtų išsiskirti, nebent tam tikra paslėpta masė nesukuria pakankamai gravitacinės jėgos, kad galėtų jas laikyti kartu.
Šie įrodymai privertė fizikus ieškoti tamsiosios medžiagos Žemėje. Jie pastatė dešimtis observatorijų, dauguma jų yra požeminėse urvose, esančiose giliai po paviršiumi, kur foninis triukšmas yra mažas. Ant kortos gresia mokslinė šlovė ir turtas, o grupė, kuri randa tamsiąją medžiagą, greičiausiai gaus gausų atlygį.
Tačiau iki šiol fizikai tiksliai nieko nerado. Jei ji yra ten, tamsioji medžiaga yra labai gerai paslėpta. Arba fizikai ieškojo netinkamoje vietoje. Viena iš galimybių yra ta, kad tamsiosios medžiagos dalelės yra per mažos, kad dabartiniams eksperimentams būtų galima pamatyti. Taigi fizikai desperatiškai nori geresnių, jautresnių būdų šiems dalykams aptikti.
Įveskite Yonit Hochberg iš Jeruzalės hebrajų universiteto Izraelyje ir keletą kolegų, kurie sukūrė daug žadantį naują jutiklį, pagrįstą mažais superlaidžiais laidais. Komandos prototipas jau rodo šio požiūrio potencialą.
Naujojo įrenginio principas yra paprastas. Tam tikrus metalus atvėsinkite iki kritinės temperatūros ir jie laidi be pasipriešinimo. Tačiau kai tik jų temperatūra pakyla virš šios ribos, superlaidumas išnyksta.
Fizikai žino, kad tamsiosios medžiagos dalelės negali stipriai sąveikauti su matoma medžiaga; kitaip jie jau būtų juos matę. Tačiau tamsiosios medžiagos dalelės gali tiesiogiai susidurti su įprastomis dalelėmis.
Šie susidūrimai yra reti, nes įprasta medžiaga dažniausiai yra tuščia erdvė, todėl tamsiosios medžiagos dalelės gali prasiskverbti tiesiai pro ją. Bet kai jie, pavyzdžiui, susiduria su atomo branduoliu ar elektronu gardelėje, dėl susidūrimo gardelė pradeda vibruoti ir taip pakyla jos temperatūra.
Būtent šį temperatūros kilimą puikiai atskleidžia superlaidūs nanolaidai. Dėl šildymo nedidelė laido dalis nustoja būti superlaidi, o tai savo ruožtu sukuria įtampos impulsą, kurį lengva išmatuoti. Be to, toks prietaisas duoda nedaug klaidingų teigiamų rezultatų, jei tokių yra.
Hochbergas ir kiti įgyvendino savo idėją kurdami prototipą. Šį prietaisą sudaro vos 140 nanometrų pločio (žmogaus plaukas yra apie 100 000 nanometrų) ir 400 mikrometrų ilgio volframo silicido nanolaidelių rinkinys. Visas aparatas yra vos keliais mililaipsniais virš absoliutaus nulio, todėl volframo silicido laidai tampa superlaidininkais.
Tada komanda ieškojo įtampos impulsų, galinčių atskleisti tamsiosios medžiagos susidūrimą. Turėdami tinkamą ekranavimą, jie nerado impulsų per 10 000 sekundžių matavimų trukmę.
Tai labai apriboja tamsiosios medžiagos, kuri gali būti, tipą ir jos tankį. Tai taip pat apriboja kitų tipų daleles, kurios, fizikų nuomone, gali egzistuoti.
Vienas iš jų yra tamsusis fotonas – iš esmės įprasto fotono tamsiosios medžiagos atitikmuo. Jei jie egzistuoja, naujasis jutiklis neaptiko nė vieno. Šio prietaiso rezultatai jau nustato reikšmingas tamsiosios materijos ir elektronų sąveikos ribas, įskaitant iki šiol didžiausias žemiškąsias tamsiųjų fotonų absorbcijos ribas, sako Hochbergas ir kt.
Tai įspūdingas darbas, atsižvelgiant į tai, kad nanolaidelių masė yra tik keli nanogramai. Kitas etapas yra jų gamyba didesniu mastu. Hochbergas ir bendradarbiai teigia, kad technologija yra gana brandi, todėl tai turėtų būti įmanoma per trumpą laiką. Iš tiesų, jie apskaičiavo, kad akademinė laboratorija vos per metus galėtų pagaminti tūkstantį 200 nanometrų detektorių, kurių bendra masė yra 1,3 gramo. Jie nurodo, kad pramonės pastangos galėtų pasiekti daug kartų didesnį skaičių.
Taigi, kilogramo mastelio detektorius gali būti įgyvendintas netolimoje ateityje. Tokia mašina konkuruotų su jau veikiančiomis tamsiosios medžiagos paieškomis, tačiau į skirtingas energijas žiūrėtų kitaip.
Taigi gali būti, kad vieną dieną superlaidūs nanolaideliai aptiks tamsiąją medžiagą, jei ji apskritai egzistuoja.
Nuoroda: arxiv.org/abs/1903.05101 : tamsiosios medžiagos aptikimas superlaidžiais nanolaidais