Bu kozmik bir bilmece: Gözlemlediğimiz onca madde onları sağlam tutmaya yetmediğinde galaksiler nasıl bir arada kalabilir? Bilim adamları, görünmez bir gücün oyunu yenmesi gerektiğine inanıyor, o kadar gizemli bir şey ki, görünür olmaması nedeniyle ona “karanlık madde” adını verdiler.
Bu gizemli varlık, gözlemleyebildiğimizden neredeyse üç kat daha fazlasını açıklıyor – şaşırtıcı bir Tüm varlığın %27’si! Gizemli karanlık madde, bilim adamları için derin bir gizemdir, varlığı evrenin enerjisinin ve kütlesinin yaklaşık üçte birini oluşturur, ancak tespit edilmekten kaçınma yeteneği nedeniyle belirsizliğini korur. Karanlık madde parçacıkları nispeten yavaş hareket ediyor, bu da şimdiye kadar neden çoğunlukla gözden gizlendiğini açıklıyor.
Dünyanın her yerindeki bilim adamları hala galaksileri bir arada tutan bu bilinmeyen madde hakkında daha fazla şey öğrenmeye çalışıyorlar. Son zamanlarda, kıdemli bir bilim insanı olan Aaron Chou, Fermilabkuantum bilimini kullanarak karanlık maddenin saptanmasını sağlayan bir şey buldu.
Kuantum bilgisayarların yardımıyla karanlık maddeyi tespit etmeye çalıştı. Güçlü manyetik alan mevcudiyetinde tek fotonları keşfetmek için kuantum hesaplama sistemlerinin ana bileşeni olan kübitleri kullanmayı içeren bir yol icat etti.
Kuantum bilgisayar, karanlık maddeyi tespit etmeye yardımcı olmak için mükemmel hesaplamaları nasıl gerçekleştirir?
Klasik hesaplamadaki gibi 1 veya 0 arasında seçim yapmak yerine, kuantum bilgisayarlardaki kübitler, süperpozisyon adı verilen bir şey aracılığıyla aynı anda her ikisi olarak var olma yeteneğine sahiptir. Bu olağanüstü özellik, Aaron Chaou’ya inanılmaz bir avantaj sağlıyor!
Chou’nun içgörüsü, kübitlerin aşırı duyarlılığının kullanılabileceğiydi. karanlık maddeyi tespit etmek. Araştırmasının temel unsurlarından biri, karanlık madde dedektörlerinin kuantum bilgisayarlara benzer bir şekilde, koruma, soğuk sıcaklıklar ve dış müdahaleden diğer koruma biçimleri kullanılarak korunması gerektiği fikridir. Bu, aynı kuantum seviyelerinde çalışmalarına ve yakalanması zor parçacıkları tespit edecek kadar hassas olmalarına izin verecektir.
Fotonlara duyarlı bir cihaz
Chou ve ekibi, karanlık madde parçacıkları güçlü bir manyetik alanda dolaşırken üretilen fotonları ölçmek için süper iletken kübitler kullanıyor. Qubit’ler, dış parazitlerden kalkan görevi gören alüminyum foton boşlukları içine alınır. Bu, bilim adamlarının fotonlardan kaynaklanan rahatsızlıkları tespit etmesine ve bunun muhtemelen koruyucu katmanlardan geçen karanlık maddeden kaynaklandığı sonucuna varmasına olanak tanır. Bilim adamları, bu bozulmaları ve ilişkili fotonları inceleyerek karanlık maddenin doğası hakkında fikir edinebilirler. Bu araştırma potansiyel olarak galaksinin ve birçok gizeminin daha iyi anlaşılmasına yol açabilir.
Şimdiye kadar Chou, bu tekniğin nasıl çalıştığına ve bu cihazın fotonlara nasıl duyarlı olduğuna dair bir yol belirledi. Cihaz, ultra düşük gürültü seviyelerine sahip olduğu için karanlık madde sinyallerine karşı yüksek hassasiyet sağlar.
Şimdi, Chou ve ekibi, karanlık maddeyi tespit etmeyi planlıyor. kuantum bilgisayarlar deneyi ve cihaz özelliklerini geliştirmek için çalışmalarına devam etmektedir.
Hem fizik hem de kuantum biliminin yönlerini birleştirmek
Chou artık deneylerinde onu hedefine yaklaştıran safir oyuklar kullanıyor. Bu buluş hem fizik hem de kuantum biliminin yönlerini içerir.
Araştırma ekibi şu anda foton boşluğunu, karanlık maddenin farklı dalga boylarını algılayabilen bir radyo alıcısına dönüştürmek için değiştiriyor. Bu, kutunun boyutunu değiştirerek yapılabilir, çünkü bir kutuda bulunabilecek frekanslar ve dalga boyları kutunun genel boyutu tarafından belirlenir.
Sentetik safir oyuğu, moleküler ışın epitaksi adı verilen ve malzemenin yüksek hassasiyetle katman katman büyütülmesini içeren bir işlem kullanılarak yapılır. Araştırmacılar, geleneksel alüminyum boşluklara kıyasla daha yüksek manyetik alanlara dayanabilirken aynı zamanda boşluğun elektromanyetik özelliklerini koruyabildiler.
Araştırmacılar, bu yeni malzemenin, karanlık madde parçacıkları çalışmasında devrim yaratabileceğine ve evrenin daha iyi anlaşılmasına yol açabileceğine inanıyor.
