Российские физики разработают квантовый детектор для поиска темной материи

Фото из открытых источников

Командой ученых из Москвы, Нижнего Новгорода, Сарова и Санкт‑Петербурга представлен проект «Космологический Аксионный Саровский Галоскоп» (CASH), нацеленный на поиск аксионов — кандидатов в темную материю. Описание работы представлено в Physical Review D.

Новая установка будет работать с применением однофотонных детекторов на джозефсоновских переходах, чтобы получить возможность обойти стандартный квантовый предел чувствительности и выйти на рекордные показатели в ранее не исследованной области масс.

Суть идеи галоскопа в том, что в мощном магнитном поле аксионы с некоторой долей вероятностью могут конвертироваться в фотоны. Сигнал усиливается при помощи резонаторной полости на резонансной частоте, что соответствует массе аксиона. Ключевой инновацией CASH является отказ от шумных микроволновых усилителей, замененных счетом одиночных фотонов. Джозефсоновский переход при поглощении одного фотона трансформируется из сверхпроводящего в резистивное состояние, а это фиксируется напрямую. Темновые срабатывания у новых детекторов дают не более одного ложного события за 100 секунд.

Авторы идеи поясняют: метод «не усиливать, а считать» дал качественный скачок чувствительности. Этап CASH‑I основан на использовании фиксированной медной полости и магнита 1,7 Тл. За 12 дней на одной частоте специалисты планируют превзойти текущие пределы в своем окне масс.

Далее последует этап CASH‑II, где магнит до 10 Тл и перестройка резонатора, это поможет за год просканировать 38–54 мэВ. При успешном течении эксперимента будут получены прямые свидетельства аксионов либо, если они не будут выявлены, станут понятны жесткие ограничения на параметрическое пространство.