Российские физики разработали метод, позволяющий с помощью квантовых однофотонных датчиков фиксировать вспышки света, возникающие при спонтанных превращениях аксионов — сверхлегких частиц темной материи.
Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review D. Ученые утверждают, что новый подход позволит всего за год подтвердить или опровергнуть существование этой формы темной материи в широком диапазоне свойств ее частиц.
Детектор CASH, предложенный специалистами, представляет собой галоскоп — прибор, способный улавливать следы темной материи, используя ее свойство превращаться в фотоны под действием сильного магнитного поля. Проект разработан группой российских физиков и космологов под руководством Андрея Панкратова, ведущего научного сотрудника Нижегородского государственного технического университета.
Для обнаружения фотонов, возникающих при распаде аксионов, ученые создают резонаторы, настроенные на определенные диапазоны масс частиц. Ключевым элементом системы являются сверхчувствительные детекторы, минимизирующие уровень шумов, которые могут исказить данные.
Исследователи предложили использовать квантовые однофотонные детекторы на основе контактов Джозефсона — сверхпроводящих структур с диэлектрическими прослойками. При попадании фотона сопротивление таких контактов резко возрастает, что позволяет фиксировать даже одиночные частицы света.
Расчеты показывают, что новая методика позволит проверить существование аксионов в диапазоне масс от 38 до 58 мэВ всего за год наблюдений. Для этого потребуются магниты, сопоставимые по мощности с установками для МРТ. Кроме того, детектор CASH сможет искать и другие формы «легкой» темной материи, включая темные фотоны, даже без использования магнитного поля.
