Fisikawan telah menciptakan detektor baru yang mampu menyelidiki partikel material gelap dalam massa rendah yang belum pernah terjadi sebelumnya.
Sekitar 80 persen dari massa alam semesta diyakini sebagai bahan gelap, tetapi sebagian besar organisasi makeup dan partikel masih belum diketahui, meninggalkan fisikawan dengan pertanyaan mendasar. Untuk menyelidiki bahan ini yang sulit dipahami, para ilmuwan bekerja untuk mendeteksi foton, atau partikel cahaya, yang dapat diproduksi ketika partikel material gelap bertabrakan dengan bahan biasa yang kita ketahui.
Sampai sekarang, sebagian besar pencarian menargetkan bahan gelap dengan massa yang sebanding dengan partikel elementer yang akrab. Jika partikel lebih ringan dari elektron, instrumen terkemuka yang digunakan saat ini, yang mengandalkan xenon cair, tidak mungkin mendaftarkannya.
Sejauh ini belum ada percobaan yang mengamati materi gelap. Ketidakhadiran ini masih penting, karena mengesampingkan partikel material gelap dalam kisaran massa spesifik dan kekuatan interaksi yang telah diuji.
Perangkat baru yang sensitif terhadap peristiwa energi rendah
Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh Laura Baudis, Titus Neupert, Björn Penning, dan Andreas Schilling dari Departemen Fisika UZH sekarang telah mampu menyelidiki keberadaan partikel material gelap dalam berbagai massa di bawah satu mega elektron Volt (MEV). Menggunakan detektor foton tunggal nanowire yang lebih baik (SNSPD), para peneliti mencapai ambang sensitivitas sekitar sepersepuluh massa elektron, di atas partikel material gelap sangat tidak mungkin.
“Ini adalah pertama kalinya kami dapat mencari partikel material gelap dalam kisaran massa rendah, dimungkinkan oleh teknologi detektor baru,” kata penulis pertama Laura Baudis.
Sebagai bukti konsep 2022, para peneliti telah menguji perangkat SNSPD pertama yang sangat sensitif terhadap foton energi rendah. Ketika a foton Menyerang kawat nano, memanaskannya sedikit dan menyebabkannya secara instan kehilangan superkonduktivitasnya. Kawat singkat menjadi konduktor reguler, dan peningkatan resistensi listrik dapat diukur.
Mendeteksi partikel material gelap gelap terkecil
Untuk percobaan terbaru mereka, para ilmuwan UZH mengoptimalkan SNSPD mereka untuk mendeteksi materi gelap. Secara khusus, mereka melengkapi dengan microwires superkonduktor alih -alih kawat nano untuk memaksimalkan penampang. Mereka juga memberinya geometri planar tipis yang membuatnya sangat sensitif terhadap perubahan arah.
Para ilmuwan berasumsi bahwa bumi melewati “angin” partikel material gelap, dan oleh karena itu arah partikel bergeser sepanjang tahun tergantung pada kecepatan relatif. Perangkat yang dapat mengambil perubahan arah dapat membantu menyaring peristiwa non-material-gap.
“Peningkatan teknologi lebih lanjut ke SNSPD dapat memungkinkan kami untuk mendeteksi sinyal dari partikel material gelap dengan massa yang lebih kecil. Kami juga ingin menggunakan sistem bawah tanah, di mana ia akan dilindungi lebih baik daripada sumber radiasi lainnya,” kata Titus Neupert.
Di bawah kisaran massa elektron, model saat ini untuk menggambarkan materi gelap di muka kendala astrofisika dan kosmologis cukup besar.
Reference: “First Sub-Mev Dark Matter Search with the Qrocodile Experiment Using Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors” by Laura Baudis, Alexander Bismark, Noah Brugger, Chiara Capelli, Ilya Charaev, Jose Cuenca García, Guy Daniel Hadas, Yonit Hochberg, Judith K. Hohmann, Alexander Kavner, Christian Koos, Artem Kuzmin, Benjamin V. Lehmann, Severin Nägeli, Titus Neupert, Bjoern Penning, Diego Ramírez García dan Andreas Schilling, Agustus 2025, Surat Ulasan Fisik.
Doi: 10.1103/4hb6-f6jl
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan Buletin ScitechDaily.
NewsRoom.id
