Sensor kuantum baru dapat mendeteksi materi gelap

Para ilmuwan sekarang yakin akan keberadaan materi gelap, yang tanpanya galaksi-galaksi di alam semesta kita tidak akan ada. Tapi tidak seperti materi biasa, materi gelap tidak sensitif terhadap gaya elektromagnetik. Ia tidak dapat menyerap, memantulkan, atau memancarkan cahaya, yang membuatnya sangat sulit untuk dideteksi. Hanya efek gravitasi pada materi tampak yang memungkinkan untuk menyimpulkan keberadaannya.

Newsletter Sains dan kompetisi

Terima semua berita sains tiga kali seminggu

Deteksi keberadaan axion dengan memutar ion

Beberapa percobaan telah dilakukan, terutama di Large Hadron Collider CERN, dalam upaya untuk menemukan partikel virtual yang membentuk bentuk materi ini. Di antara mereka adalah akson, partikel yang dianggap stabil, netral secara elektrik dan massa yang sangat rendah, yang menurut model teoretis, akan memiliki efek yang dapat diabaikan pada elektromagnetisme.

Maka tim dari Institut Nasional Standar dan Teknologi (NIST) mengembangkan perangkat baru yang mampu mendeteksi sumbu ini. ” Kami telah menemukan protokol yang mengeksploitasi kemampuan kami untuk menghasilkan status keterjeratan kuantum yang sangat sensitif terhadap perpindahan kecil ion yang didorong oleh medan listrik yang lemah. ‘, jelas Kevin Gilmore, penulis utama Artikel yang menjelaskan penelitian ini.

>> Baca juga: “Luar Biasa: Mencapai keterikatan kuantum 15.000 miliar atom pada 190 °C!”

Sensor kuantum baru ini terdiri dari 150 ion berilium. Ini terbatas pada apa yang disebut perangkap Penning, perangkat yang memungkinkan partikel bermuatan untuk disimpan melalui kombinasi medan magnet biasa dan medan listrik quadrupole konstan. Dengan cara ini, ion-ion mengorganisir diri menjadi kristal dua dimensi dengan ketebalan hanya 200 m.

Saat terkena medan listrik, semua ion dalam kristal bergerak dalam gerakan kolektif, naik dan turun—seperti kulit silinder yang bergetar. Oleh karena itu, jika diisolasi dari medan listrik eksternal dan masih mulai bergetar, ini dapat menunjukkan bahwa sumbu – atau partikel materi gelap – telah melewatinya.

READ  Negara mana yang memberlakukan vaksinasi wajib?

di sebuah Perangkat yang dirancang oleh peneliti NIST, gerakan kolektif ini terjerat (atau terjerat) dengan putaran elektronik ion sebelum dimulainya percobaan, menggunakan jenis sinar laser tertentu. Semua ion telah dibawa ke keadaan di atas dari poros mereka. Jadi setiap perubahan dalam arah putaran harus diterjemahkan menjadi perpindahan, karena medan listrik yang dihasilkan oleh aksion.

© S. Burroughs / Gila

Ilustrasi kristal kuantum yang terdiri dari ion berilium (berwarna merah), dalam keadaan putaran “naik” yang sama.

>> Baca juga: “Big Bang: Axions Bisa Mengungkapkan Momen Pertama Alam Semesta”

Dengan kata lain, perilaku kristal ionik – dalam hal gerakan – dapat disimpulkan langsung dari pengukuran putaran. Namun, ini relatif mudah untuk dicapai: jika ion dalam keadaan berputar di atas, mereka menyebarkan cahaya, tetapi jika mereka dalam keadaan rotasi DibawahMereka tetap gelap. ” Mode vibrasi pusat massa kristal bertindak sebagai osilator mekanis berkualitas tinggi, dan rotasi elektronik kolektif bertindak sebagai alat pengukur » Ringkaslah para peneliti dalam artikel mereka.

Sensor medan listrik dengan sensitivitas yang belum pernah terjadi sebelumnya

Sensor kuantum dapat mendeteksi dan mengukur sinyal yang tidak terdeteksi dengan analog klasiknya. Dengan demikian merupakan alat yang menjanjikan di banyak bidang ilmu dasar. Di antara banyak sistem yang dikonseptualisasikan sebagai sensor kuantum, yang didasarkan pada perangkap ion sangat menarik karena kontrol yang tepat dari para peneliti atas parameternya dan kemungkinan memasukkan keterjeratan ke dalam sistem.

Sensor ultra-presisi ini menampilkan kekuatan yang belum pernah ada sebelumnya: dapat mengukur medan listrik eksternal dengan frekuensi getaran yang sama seperti kristal, dengan sensitivitas lebih dari 10 kali lipat dari semua perangkat atom yang dikembangkan hingga saat ini! Para peneliti melaporkan sensitivitas pengukuran medan listrik sebesar 240 ± 10 nanovolt per meter dalam satu detik. ” Ini berarti bahwa kami menunjukkan keunggulan deteksi menggunakan efek kuantum (keterjeratan), yang tidak signifikan. “,” Gilmore mengatakan untuk Fisikawan. Perangkat ini sangat tepat sehingga mungkin cukup sensitif untuk mendeteksi sumbu materi gelap, yang dianggap menghasilkan medan listrik berosilasi kecil.

READ  Wabah COVID-19: Menuju Penutupan Perbatasan?

>> Baca juga: “Materi Gelap: Bukti Keberadaannya Jauh di Dalam Bumi”

Setelah mendemonstrasikan prinsip ini, tim sekarang berencana untuk membuat kristal ion yang jauh lebih besar: Pada akhirnya, mereka ingin mengembangkan kristal 3D yang terdiri dari sekitar 100.000 ion. Meningkatkan jumlah ion tidak hanya akan secara signifikan meningkatkan daya deteksi, 30 kali menurut para peneliti, tetapi juga mengurangi fluktuasi frekuensi getaran kristal. ” Jika kita dapat meningkatkan aspek ini, eksperimen ini dapat menjadi sumber penting untuk menemukan materi gelap. Ana-Maria Ray, rekan penulis studi ini menegaskan.

Esila Tosun

"Penggemar musik. Penjelajah yang sangat rendah hati. Analis. Geek perjalanan. Praktisi tv ekstrim. Gamer."

Related Posts

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Read also x