Финландски физици разработиха квантов калориметър — устройство, което освен че измерва енергията на частиците, може да измерва рекордни енергийни нива под един зептоджаул (трилионна част от наноджаула), съобщиха от пресслужбата на Университета Аалто. Това постижение ще ускори разработката на квантови компютри и ще позволи на учените да създадат детектори, способни да търсят следи от аксиони — частици от свръхлеки форми на тъмна материя.
Откритието на финландските учени проправя пътя за преброяване на индивидуални фотони в снопове от микровълново излъчване. Това е изключително важно не само за напредъка на квантовите технологии, но и за астрофизичните наблюдения, уточняват от Университета Аалто.
„За нас беше важно да създадем устройство, способно да измерва енергията във всеки произволен момент от времето, което е от съществено значение за откриването на аксиони в пространството около нас“, заяви професор Мико Мьотьонен от Университета Аалто във Финландия, цитиран от пресслужбата на висшето училище.
По неговите думи през последните две десетилетия физиците са разработили няколко фотонни детектори и калориметри, способни да регистрират единични светлинни частици в микровълновия диапазон на електромагнитните вълни. На практика обаче всички подобни устройства имат много тесен спектрален обхват и същевременно не позволяват прецизно измерване на енергийните характеристики, което силно ограничава практическото им приложение.
Финландските изследователи преодоляват тези проблеми с помощта на създадения от тях квантов калориметър, който се състои от два ключови компонента — микроскопичен елемент от злато и платина и множество вградени в него алуминиеви дискове и нанопроводници. При охлаждане до температура, близка до абсолютната нула, алуминият преминава в състояние на свръхпроводимост, докато сплавта от злато и платина запазва свойствата си на обикновен проводник.
Според проф. Мьотьонен тази комбинация от метали обяснява зависимостта на свръхпроводящите свойства на алуминиевия компонент на детектора от температурата на нормалния проводник. Ако температурата се повиши дори с незначителни стойности при преминаването на микровълнов импулс през тази структура, способността на устройството да провежда ток рязко отслабва, което позволява да се уловят дори най-слабите импулси.
Проведените от учените експериментални измервания показаха, че разработеният от тях метод е способен да фиксира микровълнови импулси с енергия от порядъка на 0,83 зептоджаула. Това е съпоставимо с енергията на едва 170 светлинни частици и представлява абсолютен световен рекорд за праг на чувствителност.
В бъдеще откритията на финландските физици ще позволят създаването не само на свръхчувствителни фотонни детектори за квантови изчисления, но и на сензори за аксиони и други форми на „лека“ тъмна материя, става ясно от прессъобщението на Университета Аалто.