Sensor superkonduktor dapat mendeteksi foton berenergi rendah tunggal. Para peneliti sekarang telah menggunakan kemampuan ini untuk mencari partikel materi gelap terang di alam semesta.
Sekitar 80 persen massa alam semesta dianggap terdiri dari materi gelap. Namun, sedikit yang diketahui tentang komposisi dan struktur partikel yang membentuk materi gelap, menghadirkan fisikawan dengan beberapa pertanyaan mendasar. Untuk mengeksplorasi masalah yang sulit dipahami ini, para peneliti berusaha menangkap foton, atau partikel cahaya, yang diproduksi ketika partikel materi gelap bertabrakan dengan materi yang terlihat yang kita kenal.
Sebagian besar percobaan hingga saat ini berfokus pada partikel materi gelap dengan massa yang kurang lebih tumpang tindih dengan partikel -partikel elementer yang dikenal. Namun, jika partikel lebih ringan dari elektron, tidak mungkin mereka akan terdeteksi dengan standar saat ini, yaitu detektor berdasarkan xenon cair. Sejauh ini, tidak ada percobaan yang berhasil mendeteksi materi gelap secara langsung. Namun ini sendiri merupakan temuan penting, karena menunjukkan bahwa partikel materi gelap tidak ada dalam kisaran massa dan kekuatan interaksi yang diuji.
Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh Laura Baudis, Titus Neupert, Björn Penning dan Andreas Schilling dari Departemen Fisika UZH sekarang telah mampu menyelidiki keberadaan partikel materi gelap di berbagai massa di bawah satu mega elektron volt (MEV). Menggunakan detektor foton tunggal (SNSPD) nanowire yang lebih baik, para peneliti mencapai ambang sensitivitas sekitar sepersepuluh massa elektron, di atasnya partikel materi gelap sangat tidak mungkin ada. “Ini adalah pertama kalinya kami dapat mencari partikel materi gelap dalam kisaran massa yang rendah, dimungkinkan oleh teknologi detektor baru,” kata penulis pertama Laura Baudis.
Dalam bukti konsep tahun 2022, para peneliti telah menguji perangkat SNSPD pertama yang sangat sensitif terhadap foton berenergi rendah. Ketika sebuah foton menyerang kawat nano, ia memanaskannya sedikit dan menyebabkannya secara instan kehilangan superkonduktivitasnya. Kawat secara singkat menjadi konduktor reguler, dan peningkatan resistensi listrik dapat diukur.
Untuk percobaan terbaru mereka, para ilmuwan mengoptimalkan SNSPD mereka untuk deteksi materi gelap. Secara khusus, mereka melengkapi dengan microwires superkonduktor alih -alih kawat nano untuk memaksimalkan penampangnya. Mereka juga memberinya geometri planar tipis yang membuatnya sangat sensitif terhadap perubahan arah. Para ilmuwan berasumsi bahwa bumi melewati “angin” partikel materi gelap, dan karena itu arah partikel bergeser sepanjang tahun tergantung pada kecepatan relatif. Perangkat yang mampu mengambil perubahan arah dapat membantu menyaring peristiwa non-materi-gelap.
“Perbaikan teknologi lebih lanjut ke SNSPD dapat memungkinkan kami untuk mendeteksi sinyal dari partikel materi gelap dengan massa yang lebih kecil. Kami juga ingin menggunakan sistem di bawah tanah, di mana ia akan terlindung lebih baik dari sumber radiasi lain,” kata Titus Neupert. Di bawah kisaran massa elektron, model saat ini untuk menggambarkan materi gelap menghadapi kendala astrofisika dan kosmologis yang cukup besar.
Literatur
Laura Baudis et al. Pencarian materi gelap sub-mev pertama dengan percobaan qrocodile menggunakan detektor foton tunggal nanowire superkonduktor, surat ulasan fisik, 20 Agustus 2025. Doi: 10.1103/4hb6-f6jl
