Темная материя — одна из основных тайн современной физики. Она не излучает, не поглощает и не отражает свет, практически не взаимодействует с обычными веществами, поэтому выявить ее традиционными методами невозможно.
Согласно одной из гипотез, темная материя состоит из очень легких частиц с массовым значением менее одного электронвольта. Эти частицы ведут себя скорее как волны, чем как привычные нам корпускулы. Именно на поиск этой «легкой» темной материи направлено новое исследование ученых из Токийского университета и Университета Тюо.
Традиционно физики искали тяжелые частицы темной материи, пытаясь зафиксировать слабые вибрации или сигналы, возникающие при столкновении этих частиц с атомами или ядрами внутри детекторов. Таким образом можно измерить скорость частиц, хотя технически это очень сложно. Однако для легкой темной материи этот метод не эффективен.
«Мы выяснили, что можем определять скорость легкой темной материи не по пространственно протяженным сигналам, а с помощью пространственно распределенных детекторов», — поясняет соавтор исследования Хадзимэ Фукуда.
Идея неожиданно возникла из соседней области. «Я изучал недавние публикации по квантовой физике на arXiv и заметил, что распределенное квантовое зондирование стало довольно актуальным направлением, — рассказывает Фукуда. — Мы задались вопросом, возможно ли применить эту технологию в нашей области — физике высоких энергий — и пришли к идее использовать ее для определения темной материи».
Квантовые сенсоры — это высокочувствительные устройства, использующие квантовомеханические эффекты для регистрации крайне слабых сигналов. Ученые предложили воспользоваться сетью таких сенсоров вместе со специальным квантовым протоколом измерений для поиска легких частиц темной материи. Информация с нескольких детекторов анализируется как квантовая информация, из которой можно извлечь данные о скорости и направлении движения темной материи.
