- 29,783
- 46
- 8 Ноя 2022
Крошечный магнит способен заметить частицы с массой, сравнимой с живой клеткой.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1024/572;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Физики из Университета Райса превратили магнит размером с песчинку в необычный детектор тёмной материи. Вместо гигантской установки с тоннами вещества исследователи подвесили крошечный постоянный магнит над сверхпроводником и стали ждать едва заметного толчка, который могла бы оставить пролетающая частица массой вплоть до массы живой клетки.
Большинство экспериментов по прямому поиску тёмной материи рассчитано на сравнительно лёгкие частицы. Десятилетиями одним из главных кандидатов считались WIMP с массами в диапазоне от единиц до тысяч ГэВ. Подтверждённого сигнала пока получить не удалось, поэтому физики всё активнее проверяют альтернативные модели, включая частицы во много порядков тяжелее.
Эксперимент POLONAISE охватил диапазон примерно от 10<sup>6</sup> до 10<sup>15</sup> ГэВ/c<sup>2</sup>. В верхней части диапазона масса одной гипотетической частицы достигает порядка нанограмма и становится сравнима с массой живой клетки. При столь большой массе частиц в окрестностях Земли должно быть намного меньше, поэтому исследователям нужен детектор, способный долго ждать редкого пролёта и заметить очень слабый одиночный импульс.
Роль чувствительного элемента выполняет ферромагнитная частица массой 0,356 мг и эффективным радиусом около 260 микрометров. Конструкция состоит из трёх крошечных кубиков неодимового магнита Nd<sub>2</sub>Fe<sub>14</sub>B и стеклянной сферы диаметром 0,2 мм. Магнит удерживается без механического контакта внутри ловушки из сверхпроводящего тантала, поэтому обычное трение практически исчезает.
Движение магнитной частицы регистрирует сверхпроводящая катушка, соединённая с квантовым датчиком SQUID. Установка достигает чувствительности около 0,07 фемтоньютона на корень из герца и способна различать импульсы величиной около 1 ТэВ/c. По оценке Университета Райса, система замечает перемещения примерно в сотую долю ширины атома.
Главной проблемой оказалась не чувствительность самого магнита, а обычная жизнь вокруг лаборатории. Шаги, оборудование, насосы и другие источники вибрации могут имитировать нужный сигнал. Для подавления помех криогенную установку разместили на бетонном блоке массой 25 тонн с пневматическими демпферами, а насосы и систему охлаждения установили на отдельной раме. Такая конструкция ослабляет внешние вибрации на 110–130 дБ в рабочем диапазоне датчика.
Наблюдения продолжались с 22 декабря 2025 года по 21 января 2026 года. Для основного анализа физики оставили преимущественно ночные часы с 19:00 до 07:00, когда лаборатория работала тише. После исключения периодов калибровки, технических работ и сильных возмущений полезное время наблюдения составило около 220 часов, или чуть больше девяти суток.
В отобранных данных сохранились восемь импульсных событий. Исследователи не считают находки свидетельством тёмной материи: распределение сигналов менялось со временем и коррелировало с активностью в лаборатории, поэтому наиболее вероятным объяснением остаются инструментальные помехи. Надёжной модели такого фона у команды пока нет, поэтому физики поступили максимально консервативно и при расчётах считали каждый из восьми импульсов потенциальным событием тёмной материи.
Подтверждённого столкновения с тёмной материей эксперимент не обнаружил, однако отрицательный результат позволил исключить часть возможных сочетаний массы частиц и силы взаимодействия с обычным веществом. POLONAISE расширил доступный для левитирующих детекторов диапазон масс примерно на семь порядков и добрался до частиц примерно в 10 млн раз тяжелее кандидатов, изучавшихся в предыдущих экспериментах с левитацией.
Поиск рассчитан не на любое возможное проявление тёмной материи. Физики проверяли модели, где ультратяжёлая частица взаимодействует с нейтронами через новую дальнодействующую силу с лёгким переносчиком. При некоторых параметрах взаимодействие действует сразу на большое число частиц внутри макроскопического магнита, поэтому относительно тяжёлый датчик получает преимущество перед оптическими ловушками с гораздо меньшей массой.
Ранее та же платформа применялась для поиска ультралёгкой тёмной материи, но принцип измерения заметно отличался. Ультралёгкие кандидаты могли бы создавать слабое периодическое воздействие, тогда как ультратяжёлая частица должна проявиться коротким одиночным толчком при пролёте рядом с магнитом.
Следующий этап должен повысить шансы отличить редкое физическое событие от случайной вибрации. Исследователи планируют сильнее охлаждать систему, увеличить длительность наблюдений и одновременно подвешивать несколько магнитов. Настоящий пролёт гипотетической частицы способен оставить согласованный след сразу в нескольких датчиках, тогда как локальная помеха обычно действует иначе.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1024/572;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Физики из Университета Райса превратили магнит размером с песчинку в необычный детектор тёмной материи. Вместо гигантской установки с тоннами вещества исследователи подвесили крошечный постоянный магнит над сверхпроводником и стали ждать едва заметного толчка, который могла бы оставить пролетающая частица массой вплоть до массы живой клетки.
Большинство экспериментов по прямому поиску тёмной материи рассчитано на сравнительно лёгкие частицы. Десятилетиями одним из главных кандидатов считались WIMP с массами в диапазоне от единиц до тысяч ГэВ. Подтверждённого сигнала пока получить не удалось, поэтому физики всё активнее проверяют альтернативные модели, включая частицы во много порядков тяжелее.
Эксперимент POLONAISE охватил диапазон примерно от 10<sup>6</sup> до 10<sup>15</sup> ГэВ/c<sup>2</sup>. В верхней части диапазона масса одной гипотетической частицы достигает порядка нанограмма и становится сравнима с массой живой клетки. При столь большой массе частиц в окрестностях Земли должно быть намного меньше, поэтому исследователям нужен детектор, способный долго ждать редкого пролёта и заметить очень слабый одиночный импульс.
Роль чувствительного элемента выполняет ферромагнитная частица массой 0,356 мг и эффективным радиусом около 260 микрометров. Конструкция состоит из трёх крошечных кубиков неодимового магнита Nd<sub>2</sub>Fe<sub>14</sub>B и стеклянной сферы диаметром 0,2 мм. Магнит удерживается без механического контакта внутри ловушки из сверхпроводящего тантала, поэтому обычное трение практически исчезает.
Движение магнитной частицы регистрирует сверхпроводящая катушка, соединённая с квантовым датчиком SQUID. Установка достигает чувствительности около 0,07 фемтоньютона на корень из герца и способна различать импульсы величиной около 1 ТэВ/c. По оценке Университета Райса, система замечает перемещения примерно в сотую долю ширины атома.
Главной проблемой оказалась не чувствительность самого магнита, а обычная жизнь вокруг лаборатории. Шаги, оборудование, насосы и другие источники вибрации могут имитировать нужный сигнал. Для подавления помех криогенную установку разместили на бетонном блоке массой 25 тонн с пневматическими демпферами, а насосы и систему охлаждения установили на отдельной раме. Такая конструкция ослабляет внешние вибрации на 110–130 дБ в рабочем диапазоне датчика.
Наблюдения продолжались с 22 декабря 2025 года по 21 января 2026 года. Для основного анализа физики оставили преимущественно ночные часы с 19:00 до 07:00, когда лаборатория работала тише. После исключения периодов калибровки, технических работ и сильных возмущений полезное время наблюдения составило около 220 часов, или чуть больше девяти суток.
В отобранных данных сохранились восемь импульсных событий. Исследователи не считают находки свидетельством тёмной материи: распределение сигналов менялось со временем и коррелировало с активностью в лаборатории, поэтому наиболее вероятным объяснением остаются инструментальные помехи. Надёжной модели такого фона у команды пока нет, поэтому физики поступили максимально консервативно и при расчётах считали каждый из восьми импульсов потенциальным событием тёмной материи.
Подтверждённого столкновения с тёмной материей эксперимент не обнаружил, однако отрицательный результат позволил исключить часть возможных сочетаний массы частиц и силы взаимодействия с обычным веществом. POLONAISE расширил доступный для левитирующих детекторов диапазон масс примерно на семь порядков и добрался до частиц примерно в 10 млн раз тяжелее кандидатов, изучавшихся в предыдущих экспериментах с левитацией.
Поиск рассчитан не на любое возможное проявление тёмной материи. Физики проверяли модели, где ультратяжёлая частица взаимодействует с нейтронами через новую дальнодействующую силу с лёгким переносчиком. При некоторых параметрах взаимодействие действует сразу на большое число частиц внутри макроскопического магнита, поэтому относительно тяжёлый датчик получает преимущество перед оптическими ловушками с гораздо меньшей массой.
Ранее та же платформа применялась для поиска ультралёгкой тёмной материи, но принцип измерения заметно отличался. Ультралёгкие кандидаты могли бы создавать слабое периодическое воздействие, тогда как ультратяжёлая частица должна проявиться коротким одиночным толчком при пролёте рядом с магнитом.
Следующий этап должен повысить шансы отличить редкое физическое событие от случайной вибрации. Исследователи планируют сильнее охлаждать систему, увеличить длительность наблюдений и одновременно подвешивать несколько магнитов. Настоящий пролёт гипотетической частицы способен оставить согласованный след сразу в нескольких датчиках, тогда как локальная помеха обычно действует иначе.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
