Διεθνής ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τη καθηγήτρια Yonit Hochberg από το Εβραϊκό Πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ, εντόπισε μια νέα κατηγορία κβαντικών υλικών που μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ανίχνευση της ελαφράς σκοτεινής ύλης. Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters.
Υλικά ευαίσθητα σε ελάχιστα σήματα
Η ανίχνευση ελαφρών σωματιδίων σκοτεινής ύλης αποτελεί πρόκληση, καθώς οι αλληλεπιδράσεις τους με τη συνήθη ύλη μεταφέρουν ελάχιστα ποσά ενέργειας. Η ερευνητική ομάδα προτείνει τη χρήση τριών υλικών:
- Δισεληνιούχο τιτάνιο (TiSe₂)
- Ρουθηνικό στρόντιο (Sr₂RuO₄)
- Διαμάντι με προσμίξεις οπών (hole-doped diamond)
Τα υλικά αυτά φιλοξενούν συλλογικές ηλεκτρονικές διεγέρσεις χαμηλής ενέργειας, γνωστά ως πλασμόνια, τα οποία ενισχύουν φυσικά τα ασθενή αυτά σήματα. Σύμφωνα με τις προσομοιώσεις, ανιχνευτές βασισμένοι στο δισεληνιούχο τιτάνιο θα μπορούσαν να αυξήσουν την ευαισθησία έως και κατά δύο με τρεις τάξεις μεγέθους σε σύγκριση με τα σημερινά υλικά αναφοράς.
Κατευθυντική ευαισθησία και καθημερινή διακύμανση
Δύο από τα προτεινόμενα υλικά παρουσιάζουν κατευθυντική ευαισθησία, δηλαδή η απόκρισή τους εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης των σωματιδίων σε σχέση με την κρυσταλλική τους δομή. Καθώς η Γη περιστρέφεται, η ιδιότητα αυτή δημιουργεί μια προβλέψιμη ημερήσια διακύμανση στο σήμα, διευκολύνοντας τον διαχωρισμό των πραγματικών γεγονότων σκοτεινής ύλης από τον θόρυβο υποβάθρου.
Επιπλέον και τα τρία υλικά μπορούν να συντεθούν με υπάρχουσες τεχνικές, καθιστώντας τα άμεσα αξιοποιήσιμα για την κατασκευή ανιχνευτών νέας γενιάς.
