Фізики запропонували новий спосіб детектування частинок темної матерії. Для його реалізації необхідно стежити за параметрами дуже тонких надпровідних проводів, які в разі взаємодії з часткою темної енергії можуть нагрітися досить сильно для втрати надпровідного стану. Автори ідеї виготовили прототип, опис проекту викладено в препринті на сервері arXiv.org.
Терміном «темна матерія» в астрофізиці називається кілька нестикувань між спостереженнями і теоретичними оцінками. Зокрема, залежність швидкості руху зірок від відстані до центрів галактик не може бути пояснена з урахуванням тільки відомих видів речовини і встановлених законів фізики. Також темною матерією намагаються описати властивості гравітаційного лінзування на скупченнях галактик, швидкий ріст неоднорідностей у ранньому Всесвіті, форму спектру потужності реліктового випромінювання і деякі інші явища.
Згідно з найбільш поширеним у сучасній науці поглядом, темна матерія - це специфічний вид речовини, яка не взаємодіє електромагнітним чином і тому не може бути зафіксована за допомогою спостережень на звичайних телескопах. Існують альтернативні підходи, які пробують пояснити ті ж самі ефекти за допомогою модифікації відомих фізичних законів або введенням нових, але вони, на відміну від нової форми речовини, не справляються з поясненням всіх пов'язаних з темною матерією проблем.
Основним ускладненням моделі темної матерії у вигляді речовини є невідома маса складових її частинок. Діапазон розглянутих теоретиками можливостей колосальний: від надлегких частинок «розмитої» темної матерії з масою близько 10-22 електронвольт до первинних чорних дір з масами в кілька сонячних і більше - розкид понад 60 порядків. Однак найбільше число робіт присвячене розробці моделі вімпів - слабозабезпечуючих масивних частинок (WIMP - Weakly Interacting Massive Particle). Ці об'єкти повинні володіти масою порядку маси відомих елементарних частинок або в порівнянну кількість разів більше, тобто перебувати в діапазоні від мегаелектронвольту до тераелектронвольту.
Пошуку частинок темної матерії також присвячено безліч робіт. Спробами отримати відповідні об'єкти займаються як на коллайдерах, так і за допомогою спеціальних установок. Однак поки ці пошуки не увінчалися успіхом. Зокрема, минулого року фізики відзвітували про пошуки за допомогою детектора XENON1T - шуканих подій зафіксовано не було. Окремі експерименти, такі як DAMA, вловлюють певний сигнал, але наукова спільнота постійно піддає сумніву його інтерпретацію як надійне свідоцтво реєстрації частинок темної матерії. Також триває будівництво і планування ще більш великих і сучасних детекторів.
Робота співробітників Єврейського університету в Єрусалимі і Массачусетського технологічного інституту присвячена новому методу виявлення відносно легких вімпів з масою менш гігаелектронвольту. Фундаментальний принцип його роботи схожий з більшістю детекторів - помітити прямі здобуття частинок темної матерії з відомими компонентами речовини. Однак, якщо в більшості випадків фізики намагаються зафіксувати світло, яке випускають ядра після отримання енергії від вімпу, то в рамках нового підходу пропонується шукати підвищення температури, так як держава призведе до розгойдування атомів в кристалічній решітці. Як своєрідний детектор температури фізики запропонували використовувати крихітні надпровідні дроти: якщо вони будуть знаходитися близько критичної температури, то навіть невеликий нагрів призведе до виходу з надпровідного стану частини об'єкта, різкого зростання електричного опору і помітного стрибка напруги близько одного мілівольта тривалістю від одиниць до десятків наносекунд. За підрахунками авторів, такий детектор чутливий до двох діапазонів мас: від міліелектронвольту до електронвольту на основі поглинання частинок, і від кілоелектронвольту до гігаелектронвольту на основі розсіювання частинок.
Нова ідея хороша з кількох причин. По-перше, в ній пропонується об'єднати робочу речовину, з якою повинні взаємодіяти вімпи, і детектор, який вимірює цей ефект. По-друге, такий прилад володіє виключно низьким рівнем шумів, так як працює в квантовому режимі при низьких температурах. По-третє, всі компоненти для роботи такого пристрою можна виготовити вже сьогодні, так як технології однофотонних детекторів на основі надпровідних нанопроводів вже розроблені, хоч і не випускаються у великих обсягах.
Автори дослідження виготовили прототип подібного детектора з проводків силіциду вольфраму товщиною 140 нанометрів і довжиною 400 мікрон, що функціонує при температурі кілька мілікельвін. Протягом експерименту тривалістю 10 тисяч секунд установка з масою робочого тіла 4,3 нанограма ніяких стрибків напруги не зафіксувала. Цей результат не тільки підтверджує працездатність методу, але і вже встановлює значущі для науки обмеження. Зокрема, отримані дані виявилися найсуворішим отриманим в земних лабораторіях обмеженням на перетин поглинання надлегких частинок темної матерії з масою менше 1 електронвольту, до яких, наприклад, відноситься темний фотон. Автори вважають, що подібний детектор з масою близько кілограма цілком можна побудувати в найближчі кілька років. Такий пристрій зможе конкурувати з найбільшими сучасними детекторами за чутливістю.
У зв'язку з відсутністю конкретних результатів прямої реєстрації частинок темної матерії, в останні роки з'являється все більше гіпотез, які намагаються пояснити властивості Всесвіту іншим чином. Зокрема, одна з моделей передбачає заповнення всього простору новою субстанцією з негативною масою, яка одночасно може пояснити і темну матерію, і темну енергію. Інші вчені запропонували розглянути випадок фотона з ненульовою масою - ми детально обговорювали цю теорію з фахівцем з теорії поля.