Нижегородские ученые создали уникальный детектор для поиска темной материи

Ученые из Нижегородского государственного технического университета имени Р. Е. Алексеева совместно с коллегами из Института физики микроструктур РАН сделали значительный шаг в области фундаментальной физики, разработав уникальный детектор, способный улавливать одиночные микроволновые фотоны. Это открытие, опубликованное в престижном журнале Nature Communications, может сыграть ключевую роль в глобальных поисках темной материи — одной из самых интригующих и недоступных для прямого наблюдения форм вещества во Вселенной.

Как пояснили в пресс-службе университета, речь идет о детекторе, основанном на джозефсоновском переходе сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник. Этот пороговый сенсор отличается высокой чувствительностью и не требует специализированной аппаратуры для фиксации сверхкоротких импульсов. В институте отметили, что сенсор демонстрирует сверхнизкий уровень ложных срабатываний и может фиксировать фотоны с энергией порядка 10 йоктоджоулей. Устройство также обладает высокой эффективностью регистрации — около 45%, и способно работать в полосе частот порядка 1 ГГц.

Исследование ведется с 2010 года, когда в НГТУ имени Алексеева была открыта современная лаборатория в рамках мегагранта при участии профессора Чалмерского университета Леонида Кузьмина. Основные эксперименты проводились в условиях экстремально низких температур с использованием медного резонатора. При варьировании температуры от 20 до 80 миллиКельвин ученые добились устойчивого изменения потока фотонов, что позволило протестировать работу сенсора в реальных условиях.

В университете заявили, что разработанный прототип детектора позволит российским ученым включиться в международную гонку по поиску аксионов — гипотетических частиц, которые, согласно теории, могут быть основой темной материи. До недавнего времени этот частотный диапазон (10-200 ГГц), где могут проявляться аксионы, оставался практически недоступным из-за отсутствия подходящих приборов. Разработка нижегородцев ликвидирует этот пробел.

Ученые отметили, что помимо фундаментальных исследований, такой детектор найдет применение в квантовых технологиях, где необходима регистрация единичных квантов энергии. По их мнению, открытие станет прорывом как в астрофизике, так и в области квантовых коммуникаций и вычислений. В настоящее время подобные исследования активно ведутся в США, Германии, Италии, Южной Корее и Швеции, включая лабораторию нобелевского лауреата Франка Вильчека. Теперь и российская научная школа получила мощный инструмент для участия в этих поисках.