BYLINE: Lauren Biron
NEWSWISE-Tesseract hat süperb sensitive Übergangs-Kanten-Sensoren entwickelt, die neue Suchanfragen nachher blutiger Stuhlgang Materie eröffnen und potenzielle Anwendungen im Quantencomputer nach sich ziehen.
Seit dem Zeitpunkt Jahrzehnten versuchen die Menschen, dunkle Materie gerade zu wiedererkennen: die fehlende Messe in unserem Universum. Jetzt ist ein neuer, superempfindlicher Messinstrument, dieser von einer Zusammenarbeit von Forschern im gesamten nationalen Laboratorium und Partnerinstitutionen des US-Energieministeriums (DOE) entwickelt wurde. Obwohl es sich noch in dieser Forschungs- und Entwicklungsphase befindet, konnte es schon nachher dunklen Materie suchen, die andere Detektoren nicht gelingen können.
Historisch gesehen nach sich ziehen die meisten Suchanfragen dunkle Materie nachher zwei bestimmten Arten von blutiger Stuhlgang Materie gejagt: ultraleuchte Axionen und schwerere schwach interagierende massive Partikel (WIRKs). Daher die neuen Tesseract (Übergangskante-Sensoren mit Sub-EV-Granularität und kryogenen Zielen) suchten zwischen diesen Regimen und suchen nachher blutiger Stuhlgang Materie mit weniger Neutralleiter, die etwa hundert- solange bis tausendmal leichter sind denn ein Weichei.
„Es ist eine Stil Goldillocks Dark Matter“, sagte Dan McKinsey, dieser Projektleiter zu Gunsten von Tesseract und Forscher des Lawrence Berkeley Patriotisch Laboratory von DOE (Berkeley Lab), dasjenige dasjenige Test leitet. „Es gibt dieses ungetestete Fenster, dasjenige uns die Möglichkeit zur Fund gibt. Unser Messinstrument hat die Sensibilität, selbst in diesem frühen Stadium, die es uns ermöglicht, nachher Dark Matter -Kandidaten zu suchen, nachher denen noch niemand suchen konnte.“
„Unser Team von Argonne hat Wurzeln in dieser Wissenschaft von Dark Matter, und wir freuen uns sehr, Teil dieser Fragen zu sein, weil sie dasjenige Herzstück dessen sind, welches uns antreibt. Wir sind begeistert von dieser Schöpfung dieser supralzidierenden Technologien und drängen den Warenumschlag dessen, welches die Vertrautheit tut. Jeweils, wenn es besser ist, ist es weltweit, und dasjenige ist sehr aufregend.“ – Clarence Chang, Argonne Physiker
Die Zusammenarbeit mit Theater umfasst unter ferner liefen Forscher des Argonnne Patriotisch Laboratory von DOE. Caltech; Florida State University; Ijclab (Labortoire de Physique des 2 Infiniis Iréne Joliot-Römische Kurie in Grande Nation); IP2I (Institut de Fysique des 2 Infinis de Lyon); LPSC (Labortoire de Physique Subatomique et de de cosmology, unter ferner liefen in Grande Nation); Texas A & M Universität; Die Universität von Kalifornien, Berkeley (UC Berkeley); Die Universität von Massachusetts Amherst; Die Universität von Zürich; und Qup (dasjenige Internationale Zentrum zu Gunsten von Quantenfeldmesssysteme zu Gunsten von Studien zu Universum und Parteien in Land der aufgehenden Sonne).
In einem kürzlich im Online-Repository Arxiv veröffentlichten Beschränkung stellten Tesseract-Forscher ihre ersten Ergebnisse dieser Dunkle Materie vor und fanden keine Hinweise uff eine dunkle Materie mit weniger Neutralleiter zwischen Massen von 44 MeV/C2 und 87 MeV/C2 (womit MeV Mio. von Elektronenwolken besteht). Zum Vergleich: Die Neutralleiter eines Protons beträgt irgendwas weniger denn 1.000 MeV/C2, und die jüngsten Ergebnisse von LZ, dem weltbesten WIMM -Test, suchten nachher blutiger Stuhlgang Materie uff 9.000 MeV/C2. Dies ist dasjenige erste Mal, dass ein Test nachher nuklearen Rückstoßsignalen aus blutiger Stuhlgang Materie mit dieser Neutralleiter unter 87 MeV/C2 gesucht hat.
Wenn Forscher in dieser neuen Region dunkle Materie finden würden, benötigen sie eine neue Erläuterung zu Gunsten von die Wechselwirkung. Während WIMPs bspw. durch die schwache Macht interagieren, könnte eine dunkle Materie mit niedriger Neutralleiter uff eine unentdeckte fünfte grundlegende Macht im Spiel deuten.
Während viele fortgeschrittene Experimente zu Gunsten von die dunkle Materie riesige Volumina an Detektormaterial oder Riesenmagneten verwenden, stammt Tesseracts Macht nicht aus seiner Größe, sondern aus seiner Trennschärfe. Die neuen weltweit führenden Ergebnisse kamen aus sorgfältig instrumentierten und abgeschirmten Siliziumchips, die zusammensetzen quadratischen Zentimeter sind, ungefähr ein Viertel dieser Größe einer Postkartenstempel. Solche Detektoren wurden an dieser UC Berkeley entworfen und an dieser Texas A & M University hergestellt.
Argonne spielt eine entscheidende Rolle in Tesseract durch die Schöpfung fortschrittlicher Superkonditionsdetektoren. Superkonferenzen sind Materialien, die Saft ohne Widerstand leisten können, wenn sie unter einer bestimmten kritischen Temperatur abgekühlt ist. Durch die Schöpfung und Verwendung von Materialien mit sehr niedrigen kritischen Temperaturen ist es möglich, Detektoren zu realisieren, die eine extrem hohe Trennschärfe gelingen.
„Unser Team wohnhaft bei Argonne freut sich, zum Tesseract -Projekt beizutragen, während er unser Fachwissen in supraleitenden Materialien nutzt“, sagte Clarence Chang, Forscher wohnhaft bei Argonne. „Wir funktionieren daran, Sensoren mit einzigartigen Materialien wie Iridium mit Platinum zu erstellen, die zusammensetzen neuartigen Verfahrensweise zur Verbesserung dieser Detektorempfindlichkeit eröffnen. Solche Zusammenarbeit ermöglicht es uns, die Säumen dessen zu drübersteigen, welches wohnhaft bei dieser Erkennung von Dark Materie möglich ist.“
Tesseract verwendet Übergangskante-Sensoren, eine Stil supraleitender Messinstrument, dieser wohnhaft bei etwa 8 Millikelvin (so gut wie negativ 460 Stufe Fluor) betrieben wird. Wenn Sie sogar eine winzige Wärmemenge hinzufügen – bspw. aus einem Teilchen mit hellgewichtetem dunklem Materie, dasjenige in den Chip stößt und irgendwas Leistung abhebt, kann dieser Sensor straucheln.
„Wir nach sich ziehen daran gearbeitet, die Sensoren wohnhaft bei sehr niedrigen Temperaturen sehr konsequent und hochgeschwindig zu zeugen“, sagte Vetri Velan, ein Chamberlain-Stipendiat in Berkeley Lab und Cobalt-Sprossenstiege dieser Schlussbetrachtung. „Je niedriger die Übergangstemperatur des Sensors ist, umso besser die Rauschleistung und umso besser die Trennschärfe gegensätzlich blutiger Stuhlgang Materie. Es geht aus diesem Grund nur drum, wie grazil wir welche Sensoren zeugen können.“
Die Forscher münden seither 2020 FuE durch, um die Trennschärfe zu potenzieren und mögliche Rauschquellen zu reduzieren (oder zu exemplifizieren), die ein dunkle Materiesignal verbergen könnten. Dazu gehört dasjenige Finden des richtigen Rezepts zu Gunsten von die Herstellung dieser Sensoren und die Reduzierung dieser Hintergrundvibration und die elektromagnetische Interferenz in den Verdünnungskühlschrank, in dem dieser Siliziumchip untergebracht ist. Die kleine Größe des Detektors ist ebenfalls ein Kapital – weniger Fläche bedeutet weniger Hintergrundinteraktionen.
Tesseract befasst sich mit einem Problem, dasjenige empfindliche Detektoren normal ist: eine anhaltende, jedoch ungeklärte Quelle zu Gunsten von überschüssiges Rauschen wohnhaft bei niedrigen Energien, dieser gleiche Region, in dem dunkle Materie lauern könnte. Dieser Verfahrensweise des Experiments zur Herstellung und Schutz dieser Detektoren hat welche Hintergrundrate um dasjenige 30-fache verringert.
„Die Geräte, die wir laufen, sind im Vergleich zu so ziemlich jedem anderen Gerät, dasjenige jemals geführt wurde, so leise“, sagte Michael Williams, ein Chamberlain-Stipendiat wohnhaft bei Berkeley Lab und Cobalt-Sprossenstiege dieser Schlussbetrachtung. „Und es gibt eine wirklich große Überlappung zwischen dieser Arbeit, die wir an diesen Geräten und anderen Quantenmaterialwissenschaften leisten. Wenn wir welche Übergangssensoren zu Gunsten von uns selbst verbessern, können wir dieselbe Engineering verwenden, um bessere Qubits und Quantencomputer zu erzielen.“
Ein Test, dasjenige sich verändern soll
Die meisten Experimente zu Gunsten von dunkle Materie werden tief unterirdisch platziert, womit Tausende von Füßen Gestein verwendet, um Partikel aus dem Raum zu blockieren, die im Messinstrument interagieren können. Mit diesem ersten Detektorprototyp hat Tesseract schon neue Räume zu Gunsten von dunkle Materie aus dieser im Wesentlichen die Erdoberfläche von Erden untersuchte: die Unterbasung von UC Berkeleys Birge Nachhall (nicht weit von dieser Stelle des Nobelpreises von John Clausers zu Photonentanglement, die die Speicher zu Gunsten von unsrige derzeitige Quantum-Revolution bildeten).
Um die Trennschärfe dieser Detektoren weiter zu verbessern, planen die Forscher, dasjenige vollständige Test unter 5.600 Mauke Gestein im tiefsten unterirdischen Laboratorium in Europa zu installieren: Frankreichs Modane Underground Laboratory. Die Konstruktion soll 2025 beginnen, womit dasjenige Test um 2029 online ist und nachher dunkle Materie mit Massen von nur 10 MeV/C2 sucht. Dies Test wächst von seinem aktuellen Fußabdruck, ungefähr so weithin wie eine Telefonzelle, zu einem sechs Mauke hohen Würfel.
Dies Kardia von Tesseract sind seine Übergangskantensensoren, jedoch die Forscher prosperieren zusätzliche Detektormodule, die ihre Wahrscheinlichkeit verbessern, dunkle Materie zu wiedererkennen. Herald (Heliumgas -Roton -Hilfsmittel zu Gunsten von helle dunkle Materie) wird dasjenige erste Mal sein, dass ein Test zu Gunsten von dunkle Materie Superfluid -Heliumgas verwendet und Tesseracts Siliziumchips denn Detectors -Sensoren enthält. Würze (kryogenes Test mit Sub-EV-polaren Wechselwirkungen) verwendet einzelne Kristalle aus Saphir- und Galliumarsenid. Und die Wissenschaftsteams in Grande Nation werden zusammensetzen Sensor aus Silizium und Germanium einbläuen. Die verschiedenen Module verschenken den Forschern einzigartige Möglichkeiten, nachher dunklen Materie zu suchen und verschiedene Theorien zu testen.
Die Schutz, die dasjenige Test umgibt, soll entzwei geraten, um den Forschern leichtgewichtig uff Tesseracts Komponenten zuzugreifen und die Utensilien intrinsisch weniger Tage auszuschalten. Wenn Herald faszinierende Evidenz von blutiger Stuhlgang Materie sieht, können Wissenschaftler dasjenige Ergebnis in Würze tauschen und überprüft (oder umgekehrt). Im Streitfrage dazu werden viele fortgeschrittene Experimente zu Gunsten von die dunkle Materie wie ein Schiff in einer Flasche gebaut. Es würde Monate oder Jahre dauern, um sie zu öffnen und Komponenten auszutauschen, wenn dies gar möglich ist.
Die Forscher prosperieren derzeit weiterhin Herald und Würze und testen neue Herstellungsprozesse, um die Übergangsrandsensoren weiter zu verbessern. „Um die Trennschärfe zu gelingen, die wir wollen, sollen welche Detektoren noch besser werden, obwohl sie schon die besten dieser Welt sind“, sagte Williams.
Verbesserte Detektoren und ein unterirdisches Zuhause lassen dasjenige Test nachher niedrigeren Massenpartikeln suchen und potenzieren die Wahrscheinlichkeit, dass Ultra-servierende Wechselwirkungen mit blutiger Stuhlgang Materie mit regelmäßiger Materie nachgewiesen werden.
„Dieses Ergebnis ist dieser erste Zeiger darauf, dass wir dieses neue Regime dieser dunklen Materie mit niedriger Neutralleiter zu Gunsten von experimentelle Tests öffnen können“, sagte McKinsey. „Es macht sehr viel Spaß, ein kleines Test im Kellerspeicher zu münden, dasjenige neue Ideen zu Gunsten von dunkle Materie testen kann. Dies ist wirklich nur dieser Eröffnungssalvo zu Gunsten von Tesseract. Wir erwarten in den nächsten zehn Jahren viele weitere Ergebnisse.“
„Unser Team von Argonne hat Wurzeln in dieser Dark Matter Science, und wir freuen uns sehr, Teil dieser Fragen zu sein, weil sie dasjenige Herzstück dessen sind, welches uns antreibt“, fügte Chang hinzu. „Wir sind begeistert von dieser Schöpfung dieser supraleitenden Technologien und drängen den Warenumschlag dessen, welches die Vertrautheit tut. Jeweils, wenn es besser wird, ist es weltweit und dasjenige ist sehr aufregend.“
Chang ist unter ferner liefen Professor an dieser Universität von Chicago. Zusätzlich zu Chang sind die Mitglieder dieser Argonne -Teammitglieder Gensheng Wang und Marharyta Lisovenko.
Dieses Projekt erhielt Finanzmittel vom Doe Office of Science High Energy Physics.
Dies Argonne Patriotisch Laboratory sucht Lösungen zu Gunsten von die dringende nationale Probleme in Wissenschaft und Technologie, während sie in praktisch jeder wissenschaftlichen Selbstdisziplin in praktisch jeder wissenschaftlichen Selbstdisziplin führende Grund- und angewandte Forschungsergebnisse tun. Argonne wird von Uchicago Argonne, LLC zu Gunsten von dasjenige Büro zu Gunsten von Wissenschaft des US -Energieministeriums verwaltet.
Dies Büro zu Gunsten von Wissenschaft des US -Energieministeriums ist dieser größte Fürsprecher dieser Grundlagenforschung in den physischen Wissenschaften in den USA und arbeitet daran, manche dieser dringendsten Herausforderungen unserer Zeit anzugehen. Weitere Informationen finden Sie unter https: // ener gy .gov/s c ience.
