2021-04-21 18:16:38| 人氣7| 回應0 | 上一篇 | 下一篇
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用魔法打敗魔法!物理學家利用超導量子「捕捉」暗物質



暗物質占宇宙中所有物質的85%,但至今為止人類仍未能直接探測到暗物質。日前,美國能源部費米國家加速器實驗室和芝加哥大學的科學家展示了一種基於量子技術的新技術,或許能夠打開暗物質檢測的大門。


科學家推測有兩種亞原子粒子可能是暗物質可能出現的方式。一個稱為「軸子」,另一個稱為「隱藏光子」。費米實驗室與芝加哥大學合作開發了基於量子計算位的新設備,這些設備將能夠檢測到其中任何一個粒子(如果存在)發出的微弱信號,因為隱藏光子或許會與可見宇宙的光子相互作用。


常規技術下的噪音水平遠遠無法達到能夠檢測到更高質量的軸突暗物質所需的條件。但量子比特的高敏感度讓它可以對最小的干擾產生反應。這正是高性能探測器所需要的。

在這項新技術中,量子位被設計為檢測暗物質粒子與電磁場相互作用時產生的光子。一種稱為超導腔的特殊構建的設備提供了一種積累和存儲信號光子的方法。將量子比特插入腔中就可以開始進行測量。




該圖中的藍色圓柱體表示用於累積暗物質信號的超導微波腔。紫色是用於測量腔體狀態的量子位(0或1)。該值表示計數的光子數。如果暗物質已成功將光子沉積在腔中,則輸出將為1。沒有光子沉積將為0。圖片來源:Akash Dixit提供

超導微波腔對於這項新技術至關重要。實驗中使用的腔體是由純度為99.9999%的鋁製成。在極低的溫度下,鋁變得超導,這能延長量子比特的壽命。腔體容納光子的時間越長,可進行測量的時間就越長。


這項技術靈敏的關鍵在於其消除假陽性讀數的能力。傳統技術破壞了它們測量的光子。但是新技術可以探測光子而不破壞它。在其500微秒的使用壽命中重複測量同一光子,可以保證不會出現錯誤的讀數。

該技術對粒子的靈敏度是傳統量子測量基準的量子極限的36倍。如果存在軸子,則本實驗將檢測到暗物質相互作用產生的光子的可能性為萬分之一。

該技術將有利於尋找任何暗物質候選物,因為當不可見粒子轉化為光子時,就可以檢測到它們。


「雖然肯定還有路要走,但我們有理由感到樂觀,」芝加哥大學物理學副教授,論文作者David Schuster。他的研究小組將把相同的技術應用於量子計算。「我們正在使用量子信息科學來幫助暗物質搜索,但是相同類型的背景光子也是量子計算的潛在誤差來源。因此,這項研究的用途超出了基礎科學領域。」---(前瞻網)

參考資料:

https://scitechdaily.com/physicists-build-a-quantum-bit-that-can-search-for-dark-matter/



*[科學家:比人類發達的外星文明,或許早就在地球附近留下了「文物」]*


德雷克方程被用來估計我們可以通過廣播信號探測到的銀河系文明的數量——或者更簡單地說,在我們的星系中發現智慧生命的幾率。

1961年,射電天文學家弗蘭克·德雷克(Frank Drake)首次提出了這個方程。該方程通過分析幾個變量來計算可以交流的文明的數量,例如適合智能生命發展的恆星的形成速度,以及每個恆星系統中適合生命環境的行星數量。


目前,幾乎所有的SETI(搜尋地外文明)實驗都在天空中尋找無線電或光信號。然而,近年來,一些研究人員提出了另一種可能更好的尋找外星生命證據的方法,不是尋找來自遠方的信號波,而是尋找地球附近(如月球上)外星人的遺留物——這種新的概念被稱為SETA(搜尋外星文物)。




例如,2004年,研究人員提出,在宇宙中傳播信號既昂貴又低效。相反,科學家們計算出,在一大塊物質上刻下信息並將其發射給潛在的外星筆友,將需要大約萬億分之一的能量。

傳統SETI的另一個擔憂是,當天文學家真正探測到外星文明的信號時,它們可能早就死了。相比之下,外星文物可以為我們提供直接了解外星文明的途徑,尤其是如果這些文物配備了人工智能,該研究的作者詹姆斯·本福德(James Benford)表示。


在這項新的研究中,本福德開發了德雷克方程的一個版本SETA。新的公式特別關注他所稱的「潛伏者」(lurkers)——隱藏的、可能是外星機器人探測器。雖然部署這些潛伏者的文明可能已經死亡,但潛伏者本身可能仍然足夠活躍,可以與我們交流。

本福德認為,一個關鍵區別是——SETA積極地尋找證據,而不是被動地觀察。他認為SETA的潛在成功率與傳統的SETI不相上下,甚至更有效。但如果外星文明和我們一樣,只能以星際速度進行太空飛行,那麼它可能只會建造信標而不是星際探測器,這時傳統的SETI將被證明比SETA更成功。


本福德說,經過太陽附近的地外文明可能對向太陽系發射探測器特別感興趣。他指出,大約每百萬年就有兩顆恆星出現在距離太陽系一光年的範圍內,大約每5000年就有一顆恆星出現在距離太陽系10光年的範圍內。太陽系最近的一次近距離接觸是在7萬年前那顆名為Scholz的恆星,它距離太陽只有0.82光年。


本福德建議首先分析月球圖像,尋找外星探測器的跡象。他指出,自2009年以來,美國宇航局的月球勘測軌道飛行器已經拍攝了大約200萬張月球照片,「分辨率下降到大約一英尺(0.3米),」本福德說。「你可以在一些照片中看到尼爾·阿姆斯特朗在月球上的腳印,但這些照片中只有一小部分是經過人眼檢查的。我們需要使用AI(人工智能)軟件來尋找結構,尋找人工的跡象。」


本福德還建議尋找位於地球附近其他屍體上的外星文物。這包括地球的特洛伊物體(位於地球和太陽引力平衡的空間點上的物體)和地球的共軌道物體(那些共享地球圍繞太陽的區域)。


三大证据证明远古时代的繁华,外星文明创造的


本福德不會建議去看看地球本身。本福德說:「如果一件文物在這裡存放了很長時間,它可能會受到天氣、損壞、盜竊或風化等因素的影響。」「經過數百年、數千年或數百萬年的時間,它們很可能不會真正被發現,而在月球等地方,它們可能仍然存在。」

通過搜索附近的地球,人類可以得到SETI問題的部分答案是正確或是錯誤的,我們可以通過實驗來實現,而不僅僅是等待信號。

本福德在3月18日的《天體生物學》(Astrobiology)雜誌上詳細介紹了他的發現。他還將與著名科學家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)和其他研究人員在2015年宣布的「突破聆聽」(Breakthrough Listen)計劃討論他的想法。該計劃耗資1億美元,歷時10年,旨在探索宇宙中的智能生命。---[譯:前瞻經濟學人資訊組/前瞻網]

參考來源:https://www.space.com/intelligent-aliens-search-artifacts-moon

論文鏈接:https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2020.2364


台長: 聖天使

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