Fysiker vid Texas A&M University utvecklar högsensitiva detektorer för att avslöja naturen hos mörk materia och mörk energi, som utgör 95% av universum. Under ledning av Dr. Rupak Mahapatra syftar dessa ansträngningar till att upptäcka sällsynta partikelinteraktioner som inträffar sällan. Arbetet, som omnämns i Applied Physics Letters, bygger på årtionden av forskning om kosmiska gåtor.
Universums sammansättning förblir till stor del mystisk, med endast 5% bestående av vanlig materia som är synlig för teleskop och instrument. De återstående 95% domineras av mörk materia, som står för cirka 27% och formar galaxers struktur genom gravitationspåverkan, och mörk energi, som utgör 68% och accelererar kosmos expansion. Varken den ena eller andra avger, absorberar eller reflekterar ljus, vilket komplicerar direkt detektion, så forskare härleder deras existens från gravitationspåverkan på galaktiska rörelser och storskaliga strukturer. Dr. Rupak Mahapatra, en experimentell partikelfysiker vid Texas A&M University, liknar den nuvarande kunskapen vid ”att försöka beskriva en elefant genom att bara röra vid svansen. Vi känner något massivt och komplext, men vi greppar bara en liten del av det”. Hans team designar avancerade halvledardetektorer utrustade med kryogena kvantsensorer för att fånga undanglidande signaler från mörk materiapartiklar. Dessa instrument måste detektera interaktioner så svaga att de kanske inträffar bara en gång per år eller till och med en gång per decennium. ”Utmaningen är att mörk materia interagerar så svagt att vi behöver detektorer som kan se händelser som kanske händer en gång per år, eller till och med en gång per decennium”, förklarade Mahapatra. Mahapatras grupp bidrar till TESSERACT-experimentet, en global sökning efter mörk materia som betonar signalamplifiering mitt i brus. Under mer än 25 år har han utvecklat SuperCDMS-projektet, inklusive ett genombrott 2014 i Physical Review Letters som möjliggjorde detektion av lågmassiva svagt interagerande massiva partiklar (WIMPs), primära kandidater för mörk materia. Dessa hypotetiska partiklar interagerar via gravitation och den svaga kärnkraften, och passerar ofta genom jorden oupptäckta, vilket kräver ultrakalla sensorer nära absolut noll för sällsynta kollisioner med vanlig materia. En studie från 2022 med Mahapatra som medförfattare undersökte kombinerade strategier som direkt detektion, indirekta metoder och kollisionssökningar för WIMPs. ”Inget enskilt experiment kommer ge oss alla svaren”, noterade han. ”Vi behöver synergi mellan olika metoder för att pussla ihop hela bilden”. Att detektera mörk materia skulle kunna revolutionera fysiken, avslöja grundläggande lagar och inspirera oväntade teknologier. ”Om vi kan detektera mörk materia öppnar vi ett nytt kapitel i fysiken”, sade Mahapatra.