우리 주변의 우주 물질의 대부분은 암흑 물질이라고 가정합니다. 약 15%만이 가시적이고 유형적인 물질이고 나머지 85%는 아직 결정되지 않은 암흑 물질로 알려져 있습니다. 미국 과학자들은 암흑 물질의 존재를 실험적으로 감지하는 데 도움이 되는 실험 방식을 제안했으며 이를 위해 초전도 큐비트를 사용하기 시작했습니다.
페르미 연구소(Fermi Laboratory)와 시카고 대학(University of Chicago)의 물리학자들은 암흑 물질의 후보로 제안된 두 개의 가상 입자, 즉 암흑 광자와 액시온을 찾는 새로운 실험을 개발했습니다. 전자는 일반 광자와 혼합될 수 있지만 동시에 질량이 있어야 하며 후자는 특정 조건에서 두 개의 광자로 쪼개질 수 있습니다. 이러한 후보 각각은 일반 광자가 있어서는 안 되는 위치에 잠재적으로 나타날 수 있습니다. 어두운 광자는 자발적으로 일반 광자로 변할 수 있으며 액시온은 자기장과 상호 작용할 때 두 개의 일반 광자를 방출할 수 있습니다.
연구원들은 일반 광자를 차단하고 암흑 물질(암흑 광자 또는 액시온)과의 상호 작용에 의해 생성될 수 있는 모든 광자를 증폭하는 장치를 개발했습니다. 검출 회로는 순도 99,9999%의 알루미늄으로 만들어진 초전도 마이크로파 공진기를 포함합니다. 공진기 내부에는 초전도 큐비트 형태의 안테나가 있습니다. 공진기에서 광자가 갑자기 나타나면 광자를 감지하는 사람은 바로 그녀입니다.
공진기와 큐비트는 절대 영도에서 -273,1°C(절대 영도는 -273,15°C 수준)에 매우 가까운 온도로 냉각됩니다. 이 시스템은 이 입자의 50μs 수명 동안 최대 500번까지 광자를 캡처할 수 있으며, 이는 격리된 공진기에서 그 모양을 안정적으로 확인하는 데 필요합니다.
연구원들은 이상적으로는 공진기와 큐비트의 온도를 -273,14°C로 낮추어야 했으며, 그러면 배경 잡음과 큐비트에 미치는 영향이 완전히 제거되었을 것이라고 말합니다. 그러나 이것은 오늘날 기술적으로 불가능합니다. 암흑 물질 사냥 실험은 아직 수행되지 않았다는 점에 유의해야 합니다. 이것은 연구자들이 Physical Review Letters에 말한 개념일 뿐입니다.
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