Новые квантовые материалы помогут "поймать" частицы темной материи

Ученые Еврейского университета Иерусалима разработали новые квантовые материалы для поиска частиц темной материи. Перспективные материалы способны повысить чувствительность детекторов в тысячи раз.

Физики десятилетиями пытаются "поймать" темную материю. Она составляет около 85% всей материи Вселенной, но до сих пор неуловима. Поскольку темная материя не излучает и не поглощает свет, обнаружить ее можно только косвенно: по ничтожно малым всплескам энергии, возникающим при взаимодействии частиц темной материи с обычным веществом.

В новой работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters физики описали три новых материала, которые могут резко повысить чувствительность детекторов и помочь наконец "поймать" ускользающие частицы. Ученые предложили использовать диселенид титана, рутенат стронция и алмаз с легированием дырочной проводимостью.

Эти материалы обладают уникальными квантовыми свойствами. В них возникают коллективные электронные возбуждения (плазмоны), которые резко усиливают даже самые слабые всплески от легких частиц темной материи. Моделирование показало, что детекторы на основе новых материалов способны превзойти существующие аналоги по чувствительности в сто или даже тысячу раз.

Дополнительным преимуществом новых материалов является их направленная возбудимость. Отклик детектора зависит от того, под каким углом частица попадает в кристаллическую решетку. Вращение Земли создает суточные изменения сигнала, и это позволит отличить падение частиц темной материи от фонового шума. Все три материала подходят для синтеза на существующем оборудовании.

"Темная материя остается одной из величайших тайн науки, и раскрытие ее природы требует от нас переосмысления не только частиц, которые мы ищем, но и материалов, которые мы используем для поиска", – отмечают авторы исследования.