Kansainvälinen fyysikkoryhmä kehittää superherkkää kvantti-ilmaisinta, jolla pyritään löytämään pimeän aineen halosignaali. Tulevan haloskoopin korkeataajuusanturi ja ohjelmistot rakennetaan Aalto-yliopistossa.
Euroopan tutkimusneuvosto on myöntänyt DarkQuantum-hankkeelle liki 13 miljoonan euron Synergy Grant -rahoituksen, josta Aallon osuus on noin kaksi miljoonaa.
Rahoitus on Aallolle toinen ja koko Suomelle kolmas.
Aalto-yliopiston osuutta kuusivuotisessa hankkeessa johtaa dosentti Sorin Paraoanu ryhmineen.
Koko hanketta koordinoi espanjalaisen Zaragozan yliopiston professori Igor Garzia Irastorza.
Apuvälineenä painovoimakentät
Pimeästä aineesta on tiedetty jo lähes sata vuotta, mutta sitä ei ole vielä onnistuttu suoraan havaitsemaan.
Fysiikan nobelisti Frank Wilczek nimesi yhden mahdollisen pimeän aineen hiukkasen pesuainemerkin mukaan aksioniksi (englanniksi axion), koska ajatteli hiukkasen voivan ”pestä pois” pimeän aineen arvoituksen.
DarkQuantum-hankkeen tarkoituksena on todistaa aksionien olemassaolo osoittamalla pimeän aineen näkymätön halosignaali.
Kokeellisen työn tekemiseen hyödynnetään parhaita teoreettisia malleja.
”Joidenkin teorioiden mukaan aksioneja on vaikea havaita, koska niiden vuorovaikutus muiden hiukkasten kanssa on niin heikkoa”, Sorin Paraoanu kertoo.
Ne voidaan hänen mukaansa silti löytää painovoimakenttien avulla. Sitä varten tarvitaan kuitenkin nykyistä herkempiä värähtelijöitä ja kvantti-ilmaisimia.
Kokeet syvällä maan alla
Hankkeessa rakennetaan kaksi haloskooppia, joista matalataajuinen sijoittuu Saksan Desy-tutkimuskeskukseen.
Toinen, korkeataajuinen laite tulee Espanjaan Canfrancin laboratorioon, joka sijaitsee syvällä maan alla. Sijainnin ansiosta voidaan eliminoida kosminen taustasäteily.
Aalto-yliopiston ryhmä vastaa korkeataajuusanturin ja sen käyttöön tarvittavien algoritmien ja ohjelmistojen kehittämisestä.
”Haloskooppimme on 10–100 kertaa herkempi kuin vastaavat ilmaisimet. Siinä käytetään suprajohtavia kubitteja – samoja kuin kvanttitietokoneissa – mutta ne toimivat tässä haloskoopissa ilmaisimina”, Paraoanu kuvailee.
Kokeet voidaan toistaa jopa tuhansia kertoja samoilla hiukkasilla. Itse aksionia ei ole tarkoitus havainnoida, vaan sen tila jätetään muuttumattomaksi.
Pimeä vihdoin näkyväksi?
Teorian mukaan erittäin kylmässä ympäristössä on mahdollista luoda magneettikenttä, joka saa aksionin lopulta hajoamaan fotoniksi.
”Jos havaitsemme fotonin, voimme päätellä, että aksioni on olemassa”, Paraoanu sanoo.
Jos taas pimeä aine todella koostuu aksioneista, tutkijat saattavat vihdoin onnistua näkemään myös itse pimeän aineen.
(Kuva Mikko Raskinen) Aalto-yliopiston yliopistonlehtori, dosentti Sorin Paraoanu työskentelee myös Suomen kansallisessa kvantti-instituutissa.
Tilaa Kemiamedian uutiskirje!
Tilaajana saat sähköpostiisi kerran viikossa kiinnostavimmat uutiset ja tiedot alan tapahtumista ja työpaikoista.
Lue lisää ja tee tilaus täällä.
P.S. Jos et saa uutiskirjettämme tilaustasi seuraavana torstaina, käy tarkistamassa, onko viesti joutunut roskaposteihin tai johonkin muuhun meiliboksisi alalaatikkoon. Voit sieltä ohjata uutiskirjeet tulemaan jatkossa perille asti.
