Физики Цюрихского университета достигли значительного прогресса в обнаружении тёмной материи, разработав сверхчувствительный детектор, способный исследовать частицы легче электронов

Физики Цюрихского университета достигли значительного прогресса в обнаружении тёмной материи, разработав сверхчувствительный детектор, способный исследовать частицы легче электронов. Эксперимент QROCODILE, о котором было объявлено 10 сентября 2025 года, представляет собой первое успешное внедрение однофотонного детектора на основе сверхпроводящих нанопроводов, специально созданного для поиска тёмной материи на ранее недоступных энергетических масштабах.

Этот прорыв позволяет устранить критический пробел в исследованиях тёмной материи. Хотя тёмная материя составляет примерно 80 процентов массы Вселенной, традиционные методы обнаружения были сосредоточены на частицах с массой, сравнимой с известными элементарными частицами. Частицы, легче электронов, оставались практически необнаружимыми с помощью обычных детекторов на основе жидкого ксенона.

Достигнута беспрецедентная чувствительность

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Physical Review Letters 20 августа 2025 года, детектор QROCODILE достиг энергетического порога в 0,11 электрон-вольта, что позволило ученым искать частицы темной материи с массой вплоть до 30 килоэлектрон-вольт. Это соответствует чувствительности к частицам примерно в одну десятую массы электрона — диапазону, который ранее никогда не исследовался.

«Впервые мы смогли искать частицы темной материи в таком низком массовом диапазоне, что стало возможным благодаря новой технологии детекторов», — сказала ведущий автор Лаура Баудис из Цюрихского университета.

Детектор работает с помощью сверхпроводящих микропроводов, охлаждённых до 0,1 градуса выше абсолютного нуля. Когда энергия потенциального столкновения с частицей темной материи разрывает куперовские пары в сверхпроводящем материале, возникает измеримый электрический импульс, который в тысячи раз чувствительнее традиционных ионизационных или сцинтилляционных процессов.

Прорыв в направленном обнаружении

Уникальной особенностью системы QROCODILE является ее направленная чувствительность. Тонкая, плоская геометрия позволяет исследователям определять направление приходящих частиц, что может помочь отличить истинные сигналы темной материи от фоновой радиации. По мере движения Земли через Млечный Путь она должна испытывать "ветер" частиц темной материи, направление которого меняется на протяжении года в зависимости от орбитального движения планеты.

Эта способность к определению направления обеспечивает то, что исследователи называют «явным доказательством» для обнаружения темной материи, поскольку радиационный фон не будет проявлять таких же направленных закономерностей, как темная материя, движущаяся через галактику.

Будущие подземные операции

Исследовательская группа под руководством профессоров Лауры Баудис, Андреаса Шиллингa, Титуса Нойперта и Бьёрна Пеннинга планирует переместить эксперимент под землю в Лабораторию Гран-Сассо в Италии, чтобы уменьшить влияние космических лучей. Они также работают над увеличением эффективной массы детектора и дальнейшим снижением его энергетического порога для поиска ещё более лёгких кандидатов на роль тёмной материи.

Подземное размещение, запланированное в партнёрстве с местными группами, которые уже эксплуатируют криостаты с низким фоном в Гран-Сассо, представляет собой следующий этап в создании одной из самых чувствительных систем обнаружения тёмной материи из когда-либо построенных.