Naukowcy z UJ i Moguncji skonstruowali czujnik kwantowy, który może przybliżyć nas do odkrycia ciemnej materii!
Międzynarodowy zespół naukowców, w którym kluczową rolę odegrali badacze z Uniwersytetu Jagiellońskiego pod kierownictwem profesora Szymona Pustelnego oraz specjaliści z Uniwersytetu Jana Gutenberga w Moguncji prowadzeni przez profesora Dmitra Budkera, opublikował wyniki badań nad ciemną materią. Do ich realizacji wykorzystano niezwykle nowatorski instrument badawczy – 1000-kilometrowy czujnik kwantowy, którego konstrukcja i precyzja mogą znacząco poszerzyć nasze rozumienie jednej z największych zagadek współczesnej fizyki.
Ciemna materia od dekad pozostaje dla naukowców nieuchwytnym zjawiskiem. Nie emituje ani nie odbija promieniowania elektromagnetycznego, a o jej istnieniu świadczą jedynie obserwowane efekty grawitacyjne. Bez niej jednak ewolucja Wszechświata do znanej nam postaci nie byłaby możliwa. Choć liczne eksperymenty próbowały ją wykryć, do tej pory wszystkie dowody miały charakter pośredni. Tym bardziej doniosłe są więc prace prowadzone z udziałem nowego czujnika, którego czułość pozwala badać oddziaływania na niespotykanym dotąd poziomie.
Serce tego przełomowego projektu stanowi unikatowy interferometr, oparty na dwóch niezwykle czułych sensorach kwantowych – tzw. komagnetometrach atomowych. Ich zadaniem było wychwytywanie subtelnych sygnałów, jakie mogłyby wywoływać aksjony, czyli hipotetyczne cząstki o skrajnie niskiej masie. Szczególnym przedmiotem badań była tzw. stochastyczna ciemna materia, w której aksjony przejawiają zachowanie falowe, losowo nakładając się w przestrzeni i czasie. To właśnie ten obszar od dawna pozostawał dla fizyków trudny do zweryfikowania.
Eksperymenty przeprowadzone przy użyciu 1000-kilometrowego interferometru przyniosły wyjątkowo ścisłe wyniki. Ograniczenia dotyczące oddziaływań aksjonopodobnych cząstek z protonami, neutronami i elektronami okazały się nawet tysiąckrotnie bardziej precyzyjne od dotychczasowych. W efekcie badacze wykluczyli rozległe obszary parametrów, które wcześniej uważano za potencjalne „ukrycie” ciemnej materii. To ogromny krok naprzód, bo choć nie udało się jeszcze dokonać bezpośredniego odkrycia, naukowcy wiedzą już, w których kierunkach warto koncentrować dalsze poszukiwania.
Największym osiągnięciem tego międzynarodowego projektu jest jednak coś więcej niż same wyniki – udowodniono, że sieci sensorów kwantowych mogą działać w skali kontynentalnej. Otwiera to drogę do jeszcze czulszych testów fundamentalnej fizyki, które być może pozwolą rozwikłać tajemnicę ciemnej materii. Wyniki badań wskazują, że nauka coraz odważniej sięga po narzędzia, które dotąd wydawały się nieosiągalne, i daje nadzieję, że odpowiedź na pytanie o naturę niewidocznej większości Wszechświata znajduje się bliżej, niż mogliśmy przypuszczać.
Źródło: Uniwersytet Jagielloński
Grafika tytułowa: ThisIsEngineering / PEXELS
