Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego i Uniwersytetu Jana Gutenberga w Moguncji wykorzystali 1000-kilometrowy interferometr kwantowy do poszukiwań ciemnej materii, wyznaczając najdokładniejsze ograniczenia dla oddziaływań aksjonów, co otwiera nowe perspektywy w badaniach nad tajemniczym składnikiem Wszechświata.
Ciemna materia, kluczowy element ewolucji Wszechświata, pozostaje jedną z największych zagadek współczesnej fizyki. Zespół badaczy z Polski i Niemiec, pod kierunkiem prof. Szymona Pustelnego z Uniwersytetu Jagiellońskiego, przeprowadził przełomowy eksperyment z użyciem 1000-kilometrowego interferometru kwantowego. Wyniki, opublikowane w „Nature Communications”, przybliżają naukowców do zrozumienia natury ciemnej materii, choć jej bezpośrednie wykrycie wciąż pozostaje wyzwaniem.
Kwantowy przełom w poszukiwaniu ciemnej materii Zespół z Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Uniwersytetu Jana Gutenberga w Moguncji skonstruował unikatowy interferometr oparty na dwóch niezwykle czułych komagnetometrach atomowych. Instrument ten, o długości 1000 kilometrów, został zaprojektowany do wykrywania subtelnych efektów, jakie mogą wywierać aksjony – jedne z głównych kandydatów na cząstki ciemnej materii – na spinach elektronów i jąder atomowych.
– Ciemna materia jest niezbędna, by Wszechświat mógł wyglądać tak, jak dziś. Jednak jej bezpośrednie wykrycie pozostaje nieosiągalne, a dowody opierają się na pośrednich obserwacjach astronomicznych – podkreślają naukowcy.
Interferometr został dostrojony do poszukiwania stochastycznej ciemnej materii, związanej z falowym zachowaniem aksjonów – cząstek lżejszych od neutrin, które mogą losowo interferować w przestrzeni i czasie. Choć eksperyment nie przyniósł bezpośredniego dowodu na istnienie aksjonów, pozwolił ustalić najdokładniejsze jak dotąd ograniczenia dla ich oddziaływań z neutronami, protonami i elektronami, obejmując dziewięć rzędów wielkości mas cząstek.
Znaczenie dla fizyki i przyszłych badań
– Pokazując, gdzie ciemnej materii nie ma, weryfikujemy modele teoretyczne i kierujemy przyszłe badania w bardziej obiecujące rejony – wyjaśnił prof. Szymon Pustelny, lider projektu.
Wykluczenie części badanego zakresu parametrów pozwala fizykom zawęzić obszar poszukiwań, wskazując, gdzie ciemna materia może się ukrywać. Eksperyment potwierdził również potencjał sieci sensorów kwantowych działających w skali kontynentalnej.
Tego typu technologie mogą być wykorzystywane nie tylko w poszukiwaniu ciemnej materii, ale także w innych testach fundamentalnej fizyki, takich jak badanie oddziaływań grawitacyjnych czy weryfikacja teorii kwantowych.
Źródło: PAP
