باحثون يعلنون عن اختراق في كشف المادة المظلمة الكمي
لقد طور العلماء مستشعرًا كميًا جديدًا يمكن أن يعزز البحث عن جسيمات المادة المظلمة الغامضة. الابتكار، الذي تم تفصيله في دراسة حديثة، يعد بتحسين الحساسية في كشف الجسيمات الضخمة ذات التفاعل الضعيف، أو WIMPs. يبني هذا التقدم على عقود من البحث في فيزياء الجسيمات.
قدم فريق من الفيزيائيين من جامعة زيورخ وشركاء في CERN مستشعرًا كميًا جديدًا مصممًا خصيصًا لكشف المادة المظلمة في 1 أكتوبر 2025. يستفيد الجهاز من أجهزة التداخل الكمي الفائق التوصيل (SQUIDs) لقياس التقلبات الدقيقة في المجال المغناطيسي الناتجة ربما عن WIMPs تمر عبر الأرض.
الأبحاث، المنشورة في مجلة Nature، تنبع من تجارب أجريت على مدى السنوات الثلاث الماضية في منشأة المصادم الكبير للهادرونات (LHC). شرحت الباحثة الرئيسية الدكتورة إلينا روسي الأهمية: "يحقق هذا المستشعر تقليلًا في الضوضاء بنسبة 50% مقارنة بالتكنولوجيات السابقة، مما يسمح لنا باستكشاف أعمق في فضاء المعلمات حيث قد تختبئ المادة المظلمة." يبلغ الدراسة أن المستشعر اكتشف إشارات شاذة في 15% من الاختبارات، على الرغم من الحاجة إلى التحقق الإضافي.
يكشف السياق الخلفي أن المادة المظلمة، التي تشكل حوالي 27% من كتلة-طاقة الكون، لا تزال غير مكتشفة رغم الجهود الواسعة منذ السبعينيات. الكاشفات التقليدية مثل تلك في تجربة Xenon1T أنتجت نتائج صفرية، مما دفع للابتكارات في التكنولوجيات الكمية. يدمج هذا النهج الجديد التشابك الكمي لتضخيم الإشارات، وهو طريقة تم نظريتها لأول مرة في 2018.
الآثار عميقة لعلم الكونيات وفيزياء الجسيمات. إذا تم التأكيد، يمكن للمستشعر تأكيد نموذج WIMP، مما يعيد تشكيل النظريات حول تشكل الكون. ومع ذلك، تستمر التحديات: يلاحظ الفريق أن الضوضاء البيئية من الأشعة الكونية تداخلت في 20% من القياسات، مما يتطلب مختبرات تحت الأرض محمية للنشر المستقبلي.
أضاف المؤلف المشارك البروفيسور ماركوس كلاين: "رغم أنه واعد، إلا أن هذا مجرد البداية؛ سيتطلب التوسع تعاونًا دوليًا." تلقى المشروع تمويلًا من المجلس الأوروبي للبحوث، مع تركيب نماذج أولية بالفعل في المختبر الوطني غران ساسو في إيطاليا. لا تظهر تناقضات مباشرة في التقرير، حيث يتوافق الدراسة مع بيانات LHC السابقة.
يأتي هذا التطور وسط اهتمام متزايد بتطبيقات الكم أبعد من الحوسبة، مما قد يسرع الاكتشافات في الفيزياء الأساسية.