В России разработан высокочувствительный радиоастрономический датчик для поиска аксионной тёмной материи

Сотрудники Института физики микроструктур РАН и Нижегородского государственного технического университета разработали радиоастрономический датчик, чувствительность которого, по заявленным данным, в два-три раза выше существующих зарубежных аналогов; устройство запатентовано в России. Прибор предназначен для регистрации слабых сигналов электромагнитного излучения и может использоваться в исследованиях реликтового микроволнового фона, а также в поисках аксионной тёмной материи в рамках передовых физических экспериментов.

Как поясняют исследователи, подобный детектор по своей сути является приёмником электромагнитного излучения. При воздействии электромагнитного излучения на чувствительный элемент температура электронов повышается, что изменяет регистрируемый сигнал. Для повышения чувствительности детектирования исследовательская группа ввела в структуру тонкий слой гафния, который выполняет роль теплового барьера, замедляя передачу энергии электронов окружающей среде и одновременно снижая паразитные токи, что уменьшает потери полезного сигнала.

Важным направлением применения нового датчика является наблюдение реликтового микроволнового фона. Это слабое микроволновое фоновое излучение равномерно распределено в космическом пространстве, и исследователи могут получать информацию о ранних этапах эволюции Вселенной после Большого взрыва.

Устройство также рассматривается как пригодное для поиска аксионов. Аксион — это теоретическая частица, рассматриваемая как один из возможных компонентов тёмной материи. Согласно соответствующим гипотезам, аксионы крайне слабо взаимодействуют с обычным веществом, что делает их прямое детектирование крайне сложным; однако в сильном магнитном поле аксионы могут превращаться в фотоны — частицы электромагнитного излучения, которые могут быть зарегистрированы датчиком.

Исследователи отмечают, что если в будущем удастся подтвердить существование аксионов и добиться контроля над процессом их превращения в фотоны, теоретически можно будет преобразовывать соответствующее электромагнитное излучение в электрическую энергию. Вместе с тем эксперты подчёркивают, что это по-прежнему научная гипотеза, требующая проверки, и в настоящее время её нельзя рассматривать как уже реализуемую энергетическую технологию.

Помимо фундаментальных физических исследований, такие детекторы могут использоваться в качестве приёмников для миллиметровых космических обсерваторий и наземных астрофизических установок. Соответствующий радиотелескоп планируется разместить в районе горы Хулугайша в Восточном Саяне в Республике Бурятия; данная площадка расположена на высоте около 2800 метров над уровнем моря и характеризуется низким содержанием водяного пара в атмосфере, что благоприятствует наблюдениям в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах излучения.

По мнению экспертов, ценность нового детектора заключается не только в повышении чувствительности, но и в способности регистрировать сигналы и накапливать статистические данные, что помогает выделять из фонового шума слабые сигналы, которые ранее было трудно различить. Вместе с тем такие устройства по-прежнему сталкиваются с такими проблемами, как высокая стоимость изготовления, сложность технологии, а также необходимость охлаждения до сверхнизких температур в несколько десятков милликельвинов. Относительно вопроса о том, может ли аксион стать практически неисчерпаемым источником энергии, эксперты рекомендуют сохранять осторожность, однако само подтверждение или опровержение существования аксионов останется важным достижением фундаментальной науки.