Pátrání po ultralehké temné hmotě. Kredit: KyotoU Global Comms/Shunsuke Adachi.

Temné hmoty je plný vesmír. A přesto se před námi stále skrývá, ať zkoušíme cokoliv. Jak ostatně najít něco, co se projevuje prakticky jen gravitačním působením na okolí? K legendárnímu úsilí o odhalení temné hmoty se připojuje tým japonské Kyoto University.

Shunsuke Adachi. Kredit: Kyoto University.

Vedoucí výzkumu Shunsuke Adachi a jeho kolegové vyvinuli experimentální metodu, která pátrá po částicích temné hmoty, pokud by byly ultralehké, s (pohybovou) hmotností kolem jedné desetiny milielektronvoltu. Použili k tomu technologii detekce milimetrových vln v kryogenních podmínkách, v nichž působí jen velmi omezený termální šum. Jejich výzkum publikoval časopis Physical Review Letters.

Jak prozrazuje Adachi, jde o temné fotony (dark photons). S kolegy v nové studii použili postupy, které v této oblasti doposud nebyly uplatněny, čímž otevřeli prostor pro experimenty v doposud neprozkoumaném rozsahu možných hmotností částic při hledání temnofotonové temné hmoty (DPDM, dark photon dark matter).

Logo. Kredit: Kyoto University.

Adachiho tým při hledání částic temné hmoty o ultranízké hmotnosti řešil úporný problém s detekcí takových částic, který trápil jejich předchůdce déle než tři desetiletí. Adachi k tomu ještě přihazuje zajímavý bonus v podobě možného praktického uplatnění. Jejich výzkum v oblasti technologií milimetrových vln by mohl přispět k dalšímu rozvoji telekomunikačních sítí.

Nová metoda detekce případných ultralehkých částic temné hmoty je založena na přijímači milimetrových vln, který je chlazený na mínus 270 °C, kvůli potlačení termálního šumu. Přijímač by měl být schopný detekovat projevy temných fotonů o hmotnosti kolem 0,1 meV.

Na povrchu kovu by teoreticky mohlo docházet k přeměně temných fotonů na běžné fotony elektromagnetického záření. Energie (čili pohybová hmotnost) takto vzniklých fotonů by přitom měla odpovídat energii/hmotnosti původních temných fotonů. Vzniknou-li například fotony o frekvenci 10–300 GHz, odpovídalo by to energii/hmotnosti temných fotonů 0,05–1 meV.

Jak je patrné z toho, že světová média nejásají nad objevem temné hmoty, Adachi s kolegy zatím nic nenašli, přestože jejich malý tým získal zajímavé výsledky. Jejich výzkum přispěje k rozvoji poznatků o tom, co by mohla být či spíše o tom, co není temná hmota.

Video: Shunsuke Adachi - Absorbér milimetrových vln s využitím 3D tištěné formy pro kryogenní aplikace

Literatura

Kyoto University 23. 3. 2023.

Physical Review Letters 130: 071805.