Автор Песах Бенсон • 15 вересня 2026 року

Jerusalem, 15 вересня 2026 року (TPS-IL) — Команда ізраїльських, італійських та хорватських вчених визначила три існуючі матеріали, які можуть зробити майбутні пошуки деяких найлегших форм темної матерії до 1000 разів чутливішими, ніж дозволяють сучасні методи.

Темна матерія — це невидима субстанція, яка, на думку вчених, становить близько 85% усієї матерії у Всесвіті. Її неможливо побачити, оскільки вона не випромінює, не поглинає і не відбиває світло, але її присутність виявляється опосередковано через гравітаційний вплив на галактики та інші космічні структури. Незважаючи на десятиліття пошуків, жоден експеримент ще не виявив частинку темної матерії безпосередньо.

Нове дослідження, опубліковане у рецензованому журналі Physical Review Letters, не стверджує, що знайшло темну матерію. Натомість, за допомогою комп’ютерного моделювання, дослідники розрахували, що три спеціалізовані матеріали можуть значно полегшити майбутнім детекторам виявлення надзвичайно слабких енергетичних сигналів, які, як очікується, залишає темна матерія при взаємодії зі звичайною матерією.

Дослідження проводили професорка Йоніт Гохберг та Ротем Овадія з Єврейського університету Jerusalem, доктор Діно Новко з Інституту фізики в Хорватії та професор Антоніо Політано з Університету Л’Аквіли в центральній Італії.

Незвичайні матеріали, незвичайна чутливість

Три матеріали відомі як «квантові матеріали» — речовини, електрична поведінка яких керується квантово-механічними ефектами, що надає їм незвичайних властивостей, корисних для створення високочутливих детекторів. Це: диселенід титану, рутенат стронцію та алмаз, хімічно змінений (процес, що називається «допування дірками») для зміни його електричних властивостей.

Жоден з трьох матеріалів не є новим або екзотичним у виробництві — всі вони вже можуть бути виготовлені за допомогою існуючих лабораторних методів.

Новим є відкриття, зроблене шляхом комп’ютерного моделювання, що вони можуть бути надзвичайно добре придатними для виявлення особливо невловимої категорії темної матерії: частинок, набагато легших за ті, для виявлення яких побудовано більшість існуючих експериментів.

Оскільки легші частинки виділяють лише незначну кількість енергії при зіткненні з детектором, їх набагато важче вловити — більшість сучасного обладнання просто недостатньо чутливе, щоб їх помітити. Фізики часто описують маси частинок за допомогою одиниці, що називається електронвольт, і дослідники особливо зацікавлені в частинках, легших за приблизно один «мегаелектронвольт» — приблизно одна двітисячна маса протона, однієї з частинок, що складають ядро атома. Частинки такої малої маси вважаються особливо складними для виявлення за допомогою існуючих технологій.

З трьох матеріалів диселенід титану показав найвражаючіші результати в симуляціях, потенційно покращивши чутливість детекторів у 100-1000 разів порівняно з матеріалами, що нині використовуються в пошуках темної матерії, залежно від точної маси частинки. Дослідники зазначають, що ключовим є рух електронів у цих матеріалах.

За певних умов електрони в матеріалі можуть вібрувати разом у скоординованому хвилеподібному візерунку — явище, яке фізики називають «плазмон». Ці крихітні колективні коливання, як припускає дослідження, можуть посилити надзвичайно слабкий сигнал, який виробляє частинка темної матерії, полегшуючи її виявлення.

«Компас» темної матерії

Дослідники також виявили дещо потенційно корисне для фільтрації хибних сигналів: два з матеріалів — диселенід титану та рутенат стронцію — реагують по-різному залежно від напрямку, з якого надходить частинка темної матерії.

Оскільки Земля обертається, кут між детектором лабораторії та напрямком, звідки очікується надходження темної матерії, змінюється протягом дня. Якщо детектор фактично вловить справжній сигнал темної матерії, цей сигнал повинен змінювати свою силу за передбачуваним щоденним шаблоном — діючи як компас, що допомагає вченим відрізнити справжнє виявлення від фонового шуму або помилкових спрацьовувань.

Дослідники наголосили, що їхні висновки є теоретичними прогнозами, заснованими на комп’ютерному моделюванні за ідеальних умов, а не фактичним виявленням темної матерії. Наступним кроком буде створення реальних детекторів з використанням цих матеріалів для експериментальної перевірки прогнозів.

«Наші результати мотивують дослідження цих та подібних матеріалів як складових детекторів темної матерії (DM) наступного покоління», — написали дослідники, додавши, що інші, ще не досліджені квантові матеріали, можуть мати подібний невикористаний потенціал для пошуку.