Ученые придумали, как заглянуть в самое начало Вселенной. Новые квантовые датчики, способные работать в четырех измерениях — времени и трех координатах пространства — могут помочь не только лучше понять структуру материи, но и, возможно, пролить свет на рождение самого пространства и времени. Разработка может стать настоящим прорывом в физике, особенно в поисках загадочной темной материи и других экзотических частиц.
Эти устройства — сверхпроводящие микропроволочные детекторы, которые были недавно протестированы в знаменитой лаборатории Fermilab в США. Работают они с поразительной точностью: фиксируют, где именно появилась частица и в какой момент. Обычные датчики на это не способны. Раньше приходилось выбирать — либо точное место, либо точное время. Теперь же ученые сразу видят полную картину, что делает новые приборы особенно ценными для будущих сверхмощных ускорителей.
В ближайшие десятилетия физики планируют запуск новых коллайдеров, которые будут сталкивать частицы с еще большей силой. Это создаст огромное количество данных, и чтобы в них разобраться, нужны максимально точные инструменты. При каждом столкновении рождаются миллионы частиц, которые разлетаются во все стороны. Отследить их — все равно что попытаться заметить каплю в огромном водопаде. И тут как раз пригодятся новые квантовые сенсоры.
Первые испытания прошли успешно: сенсоры показали себя лучше обычных аналогов. Они точно определяли траектории таких частиц, как протоны, электроны и пионы. Это значит, что исследователи теперь смогут отслеживать даже самые неуловимые следы столкновений. Особенно важно это в поиске темной материи — странной субстанции, которая не излучает свет и не взаимодействует с обычной материей, но при этом составляет большую часть массы Вселенной.
Раньше у физиков не было возможности «поймать» такие легкие и слабо взаимодействующие частицы. Но благодаря новым детекторам у них появился шанс. Возможно, уже в ближайшие годы родятся первые данные о частицах, которых никто никогда раньше не наблюдал.
Над проектом работают исследователи из Fermilab, Калтеха, НАСА и других институтов. Они верят, что подобные квантовые приборы станут частью нового поколения ускорителей — таких как будущий Мюонный коллайдер или Круговой коллайдер в Европе. Работа ведется не только ради технического прогресса, но и для нахождения ответа на главный вопрос физики: из чего состоит Вселенная и как она появилась. С новыми сенсорами физики приближаются к тому, чтобы раскрыть одну из величайших тайн природы.
Ранее мы писали о том, что ученые создали первые нейтронные пучки Эйри — что с ними не так.
