|  | 21 февраля 2016 | Новости науки и техники

Сверхпроводники могут стать ключом к обнаружению таинственной темной материи.

Темная материя


В настоящее время проводится множество экспериментов, направленных на поиски темной материи, загадочной невидимой субстанции, наличие которой проявляется только в виде гравитационного воздействия на свет, звезды, галактики, скопления галактик и на другие объекты, состоящие из обычной материи. На поверхности Земли ученые для поисков используют ускорители частиц, такие, как Большой Адронный Коллайдер, бдительно следят за космосом при помощи датчика AMS на борту Международной космической станции и пытаются поймать призрачные вспышки света внутри нескольких датчиков, размещенных глубоко под поверхностью планеты. И тот факт, что ученым так и не удалось обнаружить никаких следов частиц темной материи, может быть объяснен тем, что чувствительность всех используемых датчиков и приборов не позволяет регистрировать частицы, энергия-масса которых не превышает значения в 10 ГэВ (10 миллиардов электрон-вольт).

Для преодоления вышеуказанной проблемы ученые постоянно работают в направлении разработки новых и более чувствительных датчиков. И недавно, ученые из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, Калифорнийского университета в Беркли и Стэнфордского университета предложили конструкцию датчика нового типа, основанного на сверхпроводящих материалах. Этот датчик может обеспечить высокую чувствительность в диапазоне от 1 КэВ (1000 электрон-вольт) до 10 ГэВ, что позволит при его помощи регистрировать частицы, массой в миллиард раз меньше массы протона, среди которых могут находиться и частицы темной материи.

Считается, что в подавляющем большинстве случаев частицы темной материи не взаимодействуют с частицами обычной материи, что делает невозможным ее прямое обнаружение в лабораторных условиях. Хотя, как и в случае с частицами нейтрино, частицы темной материи должны оказывать некоторое влияние на отдельные электроны и частицы, из которых состоят ядра атомов. Согласно имеющимся теориям, такое взаимодействие может стать причиной рождения других частиц, фотонов или фононов. И именно на этом предположении и основаны принципы работы большинства датчиков, которые нацелены на регистрацию таких частиц, "побочных продуктов" влияния темной материи.

С этой точки зрения имеет очень большое значение материал, из которого изготовлено рабочее тело датчика и который определяет вид образующихся вторичных частиц. Наиболее чувствительные датчики используют в качестве рабочего тела жидкий ксенон (датчик LZ), германий (датчик SuperCDMS) и некоторые другие более экзотические материалы.

Вышеупомянутые ученые-физики продемонстрировали, что датчик частиц темной материи, изготовленный из сверхпроводящего материала, такого, как сверхчистый алюминий, может быть способен обнаруживать частицы с энергией всего в сотни КэВ и меньше. Высочайшая чувствительность обеспечивается тем, что сверхпроводящий материал имеет нулевое или очень близкое к нулю значение ширины запрещенной зоны, энергетического барьера, который требуется преодолеть электронам для того, чтобы материал стал проводником электрического тока. У алюминия в сверхпроводящем состоянии ширина запрещенной зоны составляет всего 0.3 мэВ (0.0003 электрон-вольта).

Идея, легшая в принцип работы сверхпроводящего датчика, заключается в том, что частицы темной матери постоянно пронизывают Землю в больших количествах. Это значительно увеличивает вероятность того, что какой-нибудь из частиц темной материи все же удастся "зацепить" один из свободных электронов в сверхпроводящем материале, которые образуют так называемые куперовские пары, энергия связи которых составляет намного меньшую величину, чем 1 мэВ. В этом случае энергии частицы темной материи будет достаточно для того, чтобы разорвать куперовскую пару и заставить электрон перепрыгнуть через запрещенную зону. А этот факт может быть зарегистрирован при помощи высокочувствительного калориметра, устройства, измеряющего количество выделившегося в материале тепла, что послужит подтверждением наличия частиц темной материи.

Ученые прогнозируют, что некоторые усовершенствования имеющихся сейчас технологий должны сделать возможным создание подобного датчика в не таком уж и далеком будущем. Одной из главных проблем, с которыми придется столкнуться ученым, станет проблема устранения постороннего шума из источников, не имеющих отношения к темной материи. Кстати, эта проблема очень остро стоит и в случае других типов датчиков темной материи. Однако, если создание сверхпроводящего датчика пройдет успешно, то это даст ученым неплохой шанс выяснить то, из чего же на самом деле состоит большая часть матери в окружающей нас Вселенной.




Ключевые слова:
Темная, Материя, Частица, Энергия, Датчик, Чувствительность, Сверхпроводящий, Материал, Алюминий, Электрон

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Эксперимент LUX не принес положительных результатов в деле поиска частиц не ...
  • Физики исключили некоторые виды аксионов из ряда претендентов на звание час ...
  • Один из главных кандидатов вычеркнут из списка поисков темной материи
  • Высокоточная рекалибровка датчика LUX позволит обнаружить неуловимую темную ...
  • Поиски таинственной темной материи уходят глубоко под землю

  • работа в лнр . Торро Украина . новогодние шары большого диаметра


    21 февраля 2016 11:37
    #1 Написал: elton

    Публикаций: 0
    Комментариев: 148
    Интересно,а движение темной материи способно порождать гравитационные волны...
        
    21 февраля 2016 16:39
    #2 Написал: ed

    Публикаций: 0
    Комментариев: 13
    elton,
    должно порождать, так как тёмная материя, как и обычная, обладает массой.
    Тёмную материю и ищут потому, что в видимой вселенной не хватает массы, чтобы объяснить её поведение.
        
    21 февраля 2016 18:24
    #3 Написал: elton

    Публикаций: 0
    Комментариев: 148
    ed,
    Я тоже так думаю.Тогда получается,темную материю можно также наблюдать с помощью гравитационного «излучения»,подобрав диапазон.
        
    22 февраля 2016 10:58
    #4 Написал: Bond013

    Публикаций: 0
    Комментариев: 271
    И тот факт, что ученым так и не удалось обнаружить никаких следов частиц темной материи, может быть объяснен тем, что .....

    ......никаких частиц тёмной материи нет, а есть пока ещё недостаточное понимание законов физики. Ибо тех частиц что уже известны достаточно чтобы всё объяснить.....

    Цитата: ed
    ак как тёмная материя, как и обычная, обладает массой.


    И да и нет. Тёмная материя имеет нулевую массу, верней комплексно нулевую, типа (-М) + (+М) = 0. Поэтому она участвует в граввоздействии и одновременно ненаблюдаема.
        
    22 февраля 2016 15:04
    #5 Написал: Strilec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Bond013,
    математика - гарна штука.
    Але є невеличка проблемка - протони, електрони і т.д. математики не знають і керуються ну ніяк не математичними законами, а силами, які на них діють. На кожного зокрема.
    Сили теж математики не знають.
    Тому математичними методами можна тільки як максимум геніально-осяяно вгадати ФОРМУ якогось першого наближення.
    А потім із того геніального виклепувати все нові й новіші та все формальніші наслідки. Сумна картинка.

    elton,
    Діапазон навіть підбирати не варто, бо, оскільки темна матерія дууууже слабко взаємодіє - вона у Всесвіті розподілена без різких скачків. А нема різких скачків - нема і помітних гравіхвиль.
    На жаль.
        
    22 февраля 2016 17:00
    #6 Написал: Bond013

    Публикаций: 0
    Комментариев: 271
    Цитата: Strilec
    математика - гарна штука.
    Але є невеличка проблемка - протони, електрони і т.д. математики не знають і керуються ну ніяк не математичними законами, а силами, які на них діють. На кожного зокрема.


    Категорически с Вами не согласен. Первичным является информация. Вторичным методы её обработки и некоторые принципы, касательно информации. "Силы " и "законы" являются следствиями этих пунктов 1 и 2. Согласен только с тем что стандартная математика не в силах отобразить реальный мир. Хотя это и так понятно, именно поэтому и придуманы гамильтонианы, матрицы, алгебры Ли и тд. Но даже эта "математика" не отображает всей картины, поскольку действует стандартная человеческая логика, например 5-5=0, 4-4=0, 0=0. А в квантовом мире нули добытые подобной разницей не будут равны... т.е. 0(5) <> 0(4) Этого пока в квантовой физике не используют и не понимают. wink А такая "математика" естественна если исходить из принципа что информация неуничтожима, т.е. её нельзя потерять.
        
    22 февраля 2016 17:08
    #7 Написал: elton

    Публикаций: 0
    Комментариев: 148
    Strilec,
    Это пока детекторы слабые.В будущем если увеличить плечо или на основе новых методов появится возможность изучать и темную материю.Ну а насчет распределения,то черные дыры,например,тоже не на каждом углу во Вселенной встречаются,тем не менее сталкиваются,при этом темная материя имеет свойство,которое заставляет ее накапливаться около объектов с повышенным гравитационным воздействием.Для этого и нужно вычленить диапазон для темной материи,чтобы извлечь данные из более мощного сигнала при столкновении черных дыр и подобных объектов.
        
    22 февраля 2016 22:56
    #8 Написал: Strilec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Bond013,
    Категорически с Вами не согласен. Первичным является информация.

    Еге ж - "Спочатку було Слово..."
    Але при такому підході абсолютно неминуче Слів стає все більше й більше - різних про одне і те ж.
    А в науці дуже нормальними стають речі на зразок епіциклів Птолемея. Теж, як на тому рівні, торжество математики. І теж із точки зору інформації про положення планет - все правильно.
    От і в наш час я маю потужне враження, що зі всіх боків лізуть новоявлені "епіцикли" - математично все узгоджено і - о торжество "чистої науки" - експериментом перевірити все важче й важче, все дорожче й дорожче. А якщо гроші й заженеш у перевірку, то результати гарантовано дістанеш математично не повністю однозначні, що знову торжество "чистої науки"...
    Отже крутимось у епіциклах, циклах, циклах...
        
    23 февраля 2016 11:03
    #9 Написал: Bond013

    Публикаций: 0
    Комментариев: 271
    Цитата: Strilec
    Еге ж - "Спочатку було Слово..."


    Ви навіть не уявляєте наскільки праві winked
        
    23 февраля 2016 13:41
    #10 Написал: Strilec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Bond013,
    Ви навіть не уявляєте наскільки праві


    Цілком уявляю "наскільки". Але надіюся, що не "правий". Тим більше, що формула не надто моя. Але й не того, кому її звикли приписувати.
    Однак не це головне. Головне, що коли ми приймемо первинність інформації, то не дістанемо жодної відповіді на жодне питання. Бо до кожної відповіді - на жаль, на жаль... - треба ж таки відразу приклеїти питання: "а ти, конкретна інформація про конкретну річ, вся така первинна - звідки взялася? На якому hard’і тебе створили?"
    І йо-хо-хо...
    Чи курка з яйцем епіцикляться?
        
    23 февраля 2016 23:23
    #11 Написал: MasterYoba

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Strilec,
    "оскільки темна матерія дууууже слабко взаємодіє" - взагалі-то на даний момент експериментально не зафіксовано жодної взаємодії зі звичайною матерією. Все це тільки теорія. Особисто я зовсім не впевнений в існуванні такої матерії.
        
    24 февраля 2016 11:23
    #12 Написал: Bond013

    Публикаций: 0
    Комментариев: 271
    Цитата: Strilec
    Цілком уявляю "наскільки". Але надіюся, що не "правий". Тим більше, що формула не надто моя. Але й не того, кому її звикли приписувати.
    Однак не це головне. Головне, що коли ми приймемо первинність інформації, то не дістанемо жодної відповіді на жодне питання. Бо до кожної відповіді - на жаль, на жаль... - треба ж таки відразу приклеїти питання: "а ти, конкретна інформація про конкретну річ, вся така первинна - звідки взялася? На якому hard’і тебе створили?"
    І йо-хо-хо...
    Чи курка з яйцем епіцикляться?


    1. В начале сотворил Бог небо и землю.
    (Книга Бытие 1:1)


    Создаём координату Х0, она-же Т. Но есть небо и земля. Хорошо, разделим Т на т- и Т+. Т.е. координату мы разделили на два направления.

    3. И сказал Бог: да будет свет. И стал свет.
    (Книга Бытие 1:3)


    Добавляем другие координаты, а лучше направления в таком порядке:

    1) {t-},{x-},{X+},{T+}
    2) {t-},{x-},{y-},{Y+},{X+},{T+}
    3) {t-},{x-},{y-},{z-},{Z+},{Y+},{X+},{T+}

    Дальше добавляем? Ну больше мы пока не наблюдаем и существуют другие источники где ограничение - 8 направлений.

    7. И создал Бог твердь, и отделил воду, которая под твердью, от воды, которая над твердью. И стало так.
    (Книга Бытие 1:7)


    Ещё одно подтверждение что Т- и Т+ являются "крайними". (а также что возможны размерности пространства больше 4)

    8. И назвал Бог твердь небом. И был вечер, и было утро: день второй.
    (Книга Бытие 1:8)
        
    24 февраля 2016 22:21
    #13 Написал: Strilec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Bond013,
    усе пречудесно, але!
    Але це тільки просто віруючий, побачивши "Бог", відразу абсолютно умиротворяється - так йому належить.
    А людині, що претендує на звання "вчений" чи хоч би "любитель" - умиротворятись не дано. Їй належить відразу ж запитати:
    - А що це таке - Бог? Які його властивості, чому вони такі, Яка для того божа "конструкція", звідки він узявся? І т.д. - всі джентльменські набори питань, які ЗОБОВ'ЯЗАНА задати наука.
    Звідки наша "первісна" взялася? Якщо "завжди була", то автоматичне "пліз вам нафіг", що тоді заважає сказати, що всі речі завжди були?
    Бонд, тільки експеримент здатний розсудити. Але при умові, що буде знайдена така форма того експерименту, яка буде добре вкорочувати блуд різнотлумачень. А тут у нас горе тяжке, ті експерименти, які я знаю, стосовні теорії дяді Альберта, дозволяють повні розброди й хитання...
        
    25 февраля 2016 12:12
    #14 Написал: Bond013

    Публикаций: 0
    Комментариев: 271
    Цитата: Strilec
    А людині, що претендує на звання "вчений" чи хоч би "любитель" - умиротворятись не дано. Їй належить відразу ж запитати:
    - А що це таке - Бог? Які його властивості, чому вони такі, Яка для того божа "конструкція", звідки він узявся? І т.д. - всі джентльменські набори питань, які ЗОБОВ'ЯЗАНА задати наука.


    Так ни к чему придти нельзя. Кто создал Создателя? Кто создал Создателя Создателя? А кто создал Создателя Создателя Создателя? Абсурдно. Должно быть начало и конец. "Я Альфа и Омега"... Но в принципе я не об этом, своей трактовкой "Бытия" я просто показал что на многие вещи можно смотреть по разному, и во вторых, что религия не настолько уж абстрактна. Особенно если взять не только Библию. Strilec А попробуйте создать "свою Вселенную", хотя бы мысленно... И сравните с тем что наблюдаете...
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.