Квантовый кристалл сделали датчиком темной материи

Физики из Национального института стандартов и технологий (NIST) придали кристаллу квантовое преимущество в измерении электрических полей с рекордной чувствительностью, чтобы изучить темную материю.

Новый квантовый датчик состоит из 150 ионов бериллия (электрически заряженных атомов), которые находятся в магнитном поле. Это выглядит как плоский 2D-кристалл диаметром всего 200 миллионных долей метра.

Такие квантовые датчики потенциально могут обнаруживать сигналы темной материи. Присутствие темной материи может привести к тому, что кристалл будет заметно колебаться.

Исследователи могут измерить колебательное возбуждение кристалла — плоскость, движущуюся вверх и вниз.

Ионные кристаллы могут обнаруживать определенные типы темной материи, например аксионы и скрытые фотоны, которые взаимодействуют с обычной материей через слабое электрическое поле. А вот темная материя формирует фоновый сигнал с частотой колебаний, которая зависит от массы частицы темной материи. Эксперименты по поиску этого типа материи продолжаются уже более десяти лет со сверхпроводящими цепями. Но мы использовали движение захваченных ионов, которое обеспечивает чувствительность в другом диапазоне частот. Джон Боллинджер, старший автор NIST

Во время эксперимента все ионы имели одинаковый спин — сначала он был направлен вверх, а затем горизонтально, поэтому при возбуждении ионы вращались как волчок.

Ученые планируют увеличить число ионов до 100 тыс. за счет создания 3D-кристаллов, предположительно это в тридцать раз улучшит возможности зондирования. Кроме того, стабильность возбужденного движения можно улучшить, что повлияет на скорость и точность результатов.