CENTRUM.CZ > Techzpravy.cz > dnes, 14:00

80 % vesmíru tvoří něco, co neumíme najít. Nový detektor to ale možná dokáže

3 min

Sdílet

Víme, že asi 80 % hmoty vesmíru tvoří temná hmota. O složení a struktuře částic, které temnou hmotu tvoří, je však známo jen málo, což vyvolává u fyziků některé zásadní otázky.

80 % vesmíru tvoří něco, co neumíme najít. Nový detektor to ale možná dokáže

Zdroj: janiecbros / iStockphoto

Aby mohli vědci tuto nepolapitelnou hmotu prozkoumat, snaží se zachytit fotony neboli částice světla, které vznikají při srážkách částic temné hmoty s nám známou viditelnou hmotou. Většina dosavadních experimentů se zaměřuje na částice temné hmoty s hmotnostmi, které se více či méně překrývají s hmotnostmi známých elementárních částic. Pokud jsou však tyto částice lehčí než elektron, je nepravděpodobné, že by byly detekovatelné současným standardem, tj. detektory na bázi kapalného xenonu.

Dosud se žádnému experimentu nepodařilo temnou hmotu přímo detekovat. To je však samo o sobě důležité zjištění, protože ukazuje, že částice temné hmoty ve zkoumaném rozsahu hmotnosti a síly interakce neexistují.

Nyní se mezinárodnímu týmu pod vedením Laury Baudisové, Tita Neuperta, Björna Penninga a Andrease Schillinga z katedry fyziky na UZH podařilo prozkoumat existenci částic temné hmoty v širokém rozsahu hmotností pod jedním megaelektronvoltem (MeV). Pomocí zdokonaleného supravodivého jednofotonového nanodetektoru (SNSPD) dosáhli vědci prahu citlivosti přibližně jedné desetiny hmotnosti elektronu, nad kterým je existence částic temné hmoty velmi nepravděpodobná.

Mohlo by vás zajímat: 19 námořníků zmizelo beze stopy. Nyní už víme, co se stalo

„Je to poprvé, co se nám díky nové technologii detektoru podařilo hledat částice temné hmoty v tak nízkém hmotnostním rozsahu,“ uvádí Baudis ve svém prohlášení.

Superconducting sensors can detect single low-energy photons. Improving a superconducting nanowire single-photon detector (SNSPD), UZH researchers have now used this capability to search for light dark matter particles in the universe. https://t.co/rBtOliTGr2 pic.twitter.com/HmecQUaSaH
— Informationsdienst Wissenschaft – Nachrichten (@idw_online_de) September 9, 2025

V roce 2022 Baudisův tým otestoval první zařízení SNSPD, které je vysoce citlivé na nízkoenergetické fotony. Když foton dopadne na nanodrát, mírně jej zahřeje a způsobí, že okamžitě ztratí supravodivost. Drát se na krátkou dobu stane normálním vodičem a výsledný nárůst elektrického odporu lze měřit.

Ve svém posledním experimentu, publikovaném v časopise Physical Review Letters, Baudisův tým vylepšil své zařízení SNSPD pro detekci temné hmoty: namísto nanodrátků jej vybavil supravodivými mikrodrátky, aby maximalizoval jeho průřez. Rovněž mu dali tenkou a plochou geometrii, díky níž je vysoce citlivé na změny směru.

Myšlenka spočívá v tom, že Zemí prochází „vítr“ částic temné hmoty, a tak se směr částic v průběhu roku mění v závislosti na relativní rychlosti. Zařízení schopné detekovat změny směru může pomoci odfiltrovat události, které se netýkají temné hmoty.

„Další technologická vylepšení SNSPD by nám mohla umožnit detekovat signály od částic temné hmoty s ještě nižší hmotností,“ uzavírá Neupert. Systém chceme také umístit pod zem, kde bude lépe chráněn před dalšími zdroji záření.

Video k článku ZDE

Zdroj: Youtube.com

Vývoj těchto detektorů představuje nejen průlom v hledání temné hmoty, ale mohl by mít uplatnění i v dalších oblastech fyziky a techniky. SNSPD se například používají v kvantové komunikaci a při detekci jednotlivých fotonů v experimentech kvantové optiky. Tyto technologie vyžadují extrémně citlivou a rychlou detekci, což jsou vlastnosti, které SNSPD mohou poskytnout.

Kromě toho je studium temné hmoty důležité nejen pro pochopení složení vesmíru, ale mohlo by také odhalit nové fyzikální zákony. V současné době je temná hmota jednou z největších záhad kosmologie a částicové fyziky a jakýkoli průlom v její detekci by mohl otevřít nové cesty výzkumu a pochopení vesmíru.

Mezinárodní spolupráce a využití pokročilých technologií, jako je SNSPD, jsou pro pokrok v této oblasti nezbytné. S tím, jak vědci pokračují ve zdokonalování těchto detektorů a vyvíjejí nové strategie detekce temné hmoty, se stále více přibližujeme k rozluštění jedné z největších záhad vesmíru.