زمان مطالعه: 2 دقیقه
همه بلورها علمی تخیلی نیستند.
بر اساس مطالعه جدیدی که در مجله Science منتشر شد، دانشمندان یک سنسور کریستال کوانتومی جدید ایجاد کردند که می تواند کلید تشخیص وجود ماده تاریک را در خود نگه دارد.
با وجود تشکیل بیشتر جهان از ماده تاریک، کشف ماهیت آن می تواند یکی از قدیمی ترین اسرار نجوم را برملا کند.
کریستال کوانتومی جدید دارای 10 برابر حساسیت کریستال های قبلی است
به طور خاص، فیزیکدانان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) خواص الکترونیکی و حرکت مکانیکی یک کریستال بسیار ریز آبی را گروه بندی یا “درهم تنیده” کرده اند، که به آن امکان می دهد تا میدان های الکتریکی را با حساسیت رکوردی که می تواند به طور قابل ملاحظه ای عمق ما را افزایش دهد، اندازه گیری کند. درک جهان سنسور کوانتومی جدید 150 یون بریلیوم را در یک میدان مغناطیسی محدود کرده و آنها را قادر می سازد تا خود را در یک کریستال مسطح و دوبعدی تنها 200 میلیونم یکم قطر قرار دهند. این نوع حسگر کوانتومی می تواند به طور بالقوه نشانه هایی از ماده تاریک را که ماده ای اسرارآمیز است و بیشتر جهان را شامل می شود، آشکار کند و ممکن است از ذرات زیر اتمی تشکیل شده باشد که از طریق یک میدان الکترومغناطیسی ضعیف بر ماده عادی تأثیر می گذارند.
در صورت تشخیص ماده تاریک، مکانیسم تشخیص شامل تکان خوردن در بلور است که در تغییرات جمعی در یونهای آن از طریق یکی از خواص الکترونیکی آنها، به نام اسپین مشاهده می شود. محققان می توانند تحریک ارتعاشی را که جابجایی نیز نامیده می شود، تشخیص دهند. به اصطلاح “سنسور ماده تاریک” می تواند میدانهای الکتریکی خارجی را که دارای فرکانس ارتعاش یکسانی با کریستال هستند، اندازه گیری و با حساسیت بیش از 10 برابر حسگرهای اتمی نشان داده شده در گذشته، اندازه گیری کند. در طول آزمایشات خود، محققان از یک میدان الکتریکی ضعیف برای تحریک کریستال و آزمایش سنسور استفاده کردند. جان بولینگر از NIST، نویسنده ارشد این مطالعه، اعلام کرد:
“کریستال های یون می توانند انواع خاصی از ماده تاریک را تشخیص دهند – به عنوان مثال محورها و فوتون های مخفی – که از طریق یک میدان الکتریکی ضعیف با ماده عادی در تعامل هستند.”
ماهیت ماده تاریک می تواند اسرار جهان را کشف کند
بولینگر ادامه داد: “ماده تاریک یک سیگنال پس زمینه با فرکانس نوسان ایجاد می کند که بستگی به جرم ذره ماده تاریک دارد.” “آزمایش هایی که برای یافتن این نوع ماده تاریک انجام شده است بیش از یک دهه است که با مدارهای ابررسانا ادامه دارد. حرکت یون های به دام افتاده حساسیت را در محدوده فرکانس های مختلف ایجاد می کند.” بولینگر و همکارانش بیش از یک دهه بر روی کریستال یون جدید کار کرده اند و اخیراً استفاده از نور لیزر را برای درهم پیچیدن و حرکت جمعی از تعداد زیادی از یونها اضافه کرده اند که علاوه بر چیزی به نام “زمان” استراتژی واژگونی، روش تشخیص ماده تاریک را افزایش داد.این آزمایش جدید با کمک نظریه پرداز NIST آنا ماریا ری، که با JILA، موسسه مشترک دانشگاه کلرادو بولدر و NIST همکاری می کند، پیش رفت. کار نظری ری برای توانایی تیم در درک محدوده آزمایشگاه بسیار مهم بود، علاوه بر ارائه یک مدل جدید برای درک اینکه آزمایش ممکن است نتایج معتبری برای تعداد زیادی از یونهای به دام افتاده ارائه دهد. به گفته بولینگر، کار او همچنین ثابت کرد که مزیت کوانتومی از درهم تنیدگی حرکت و چرخش ناشی می شود.
بولینگر ادامه داد: “ماده تاریک یک سیگنال پس زمینه با فرکانس نوسان ایجاد می کند که بستگی به جرم ذره ماده تاریک دارد.” “آزمایش هایی که برای یافتن این نوع ماده تاریک انجام شده است بیش از یک دهه است که با مدارهای ابررسانا ادامه دارد. حرکت یون های به دام افتاده حساسیت را در محدوده فرکانس های مختلف ایجاد می کند.” بولینگر و همکارانش بیش از یک دهه بر روی کریستال یون جدید کار کرده اند و اخیراً استفاده از نور لیزر را برای درهم پیچیدن و حرکت جمعی از تعداد زیادی از یونها اضافه کرده اند که علاوه بر چیزی به نام “زمان” استراتژی واژگونی، روش تشخیص ماده تاریک را افزایش داد.این آزمایش جدید با کمک نظریه پرداز NIST آنا ماریا ری، که با JILA، موسسه مشترک دانشگاه کلرادو بولدر و NIST همکاری می کند، پیش رفت. کار نظری ری برای توانایی تیم در درک محدوده آزمایشگاه بسیار مهم بود، علاوه بر ارائه یک مدل جدید برای درک اینکه آزمایش ممکن است نتایج معتبری برای تعداد زیادی از یونهای به دام افتاده ارائه دهد. به گفته بولینگر، کار او همچنین ثابت کرد که مزیت کوانتومی از درهم تنیدگی حرکت و چرخش ناشی می شود.
ری گفت:
“ما می دانیم 85 درصد ماده در جهان از ماده تاریک ساخته شده است، اما تا به امروز نمی دانیم ماده تاریک از چه چیزی تشکیل شده است.”
این آزمایش می تواند به ما اجازه دهد در آینده از این راز پرده برداری کنیم. ” و هنگامی که ماهیت ماده تاریک را درک کردیم، طیف وسیعی از رشته های علمی، از جمله اخترفیزیک، نجوم، کیهان شناسی و موارد دیگر می توانند مدل ها و توصیفاتی از جهان ایجاد کنند که می تواند مدلهای فعلی را از نظر قدرت تبیین کننده و محض، بدون تغییر کاهش دهد.
