
Dr. Maxim Guryachev, Universidad de Australia Occidental
Una colaboración interdisciplinaria entre materia condensada, óptica cuántica y física de partículas tiene el potencial de alterar la búsqueda de materia oscura de baja masa. El detector cuántico propuesto se basa en los estudios de EQUS sobre excitación temprana en helio superfluido y avances en optomecánica.
Dirigido por el Dr. Chris Baker (UQ), investigador de EQUS, el estudio ofrece la detección directa de materia oscura de baja masa a través de su interacción con helio superfluido confinado en una cavidad óptica.
Publicado en «Instrumento optomecánico de materia oscura para detección directa». examen físico d En agosto de 2024.
La falta de una señal positiva en los experimentos de detección directa de materia oscura hasta la fecha ha impulsado la búsqueda de partículas con masas cada vez menores, lo que requiere el desarrollo de novedosos instrumentos de detección ultrasensibles.
«Desafortunadamente, las masas bajas revelan señales débiles, lo que hace que las herramientas convencionales de física de partículas sean inadecuadas», dice el autor correspondiente del EQUS CI, Dr. Maxim Gorichev (UWA).
La propuesta de Gorichev y Baker utiliza helio superfluido, en el que las colisiones de materia oscura provocarían un efecto mecánico de «sonido» (en forma de «fonones»).
Los fonones son una excitación colectiva de partículas, y el Laboratorio Cuántico y de Materia Oscura donde trabaja Gorichov en la UWA tiene una experiencia significativa en la aplicación de las propiedades de tales cuasipartículas para explorar y comprender otros sistemas de muy baja energía.
Es sólo un ejemplo del uso de tecnologías cuánticas sofisticadas para metrología avanzada dentro del Programa de Motores e Instrumentos Cuánticos de EQUS.
«Las vibraciones colectivas causadas por colisiones de materia oscura de baja masa serían muy pequeñas», afirma Gorichev. «Estos teléfonos dispersos serían indetectables con la tecnología actual».
«Ahí es donde entraron en juego las conexiones falsas de EQUS entre nuestro laboratorio y el Laboratorio de Óptica Cuántica de Queensland (QQOL)».
Dentro de EQUS, el Laboratorio de Óptica Cuántica con sede en la UQ ha dirigido estudios en optomecánica, utilizando luz para controlar y sondear el movimiento mecánico.
En QQOL, el Dr. Baker utilizó su experiencia en optomecánica de superfluidos para desarrollar un sistema de «amplificación» basado en la conversión de fotones de baja energía indetectables en fotones de alta energía (autosuficientes).
El resultado es el Instrumento Optomecánico de Materia Oscura u «ODIN».
El dispositivo, que puede implementarse utilizando técnicas bien establecidas, proporcionará acceso a la materia oscura en el rango de masa keV, varios órdenes de magnitud menor en energía que los experimentos actuales.
Además de sus contribuciones a la ciencia de la materia oscura, también destaca por ser la primera demostración de la aplicación de la optomecánica a la detección de partículas individuales, es decir, la detección de eventos de dispersión muy raros. Esto amplía las aplicaciones desde sensores de campo débil hasta sensores optomecánicos.
«También nos gusta utilizar instrumentos cuánticos para explorar un área fundamental de la física tan importante», afirma Gorichev. «Es alentador considerar las aplicaciones más amplias de la computación cuántica, fuera de campos más tradicionales como la informática y las comunicaciones».
Más información:
Christopher J. Baker et al., Instrumentación optomecánica Darkmeter para detección directa, examen físico d (2024). DOI: 10.1103/PhysRevD.110.043005
Proporcionado por el Centro de Excelencia ARC para Sistemas Cuánticos de Ingeniería
referencia: Los físicos proponen una solución optomecánica cuántica para la detección de materia oscura (2024, 6 de diciembre) Obtenido el 6 de diciembre de 2024 de https://phys.org/news/2024-12-physicists-quantumoptomechanical-solution-dark.html
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