Подземный детектор темной материи XENONnT в Италии проверил одни из самых загадочных теорий квантовой механики — и установил самые жесткие ограничения на их параметры в истории. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters. пишет Phys.org.
В квантовой механике есть нерешенная загадка — «проблема измерения». Частица может существовать в суперпозиции: одновременно находиться в нескольких состояниях. Но как только ее измеряют, суперпозиция «схлопывается» до одного результата. Почему так происходит — до сих пор непонятно.
Как объясняют квантовый коллапс
Теоретики предложили несколько моделей. Две главные — CSL (непрерывная спонтанная локализация) и модель Диози-Пенроуза. Обе предсказывают: при спонтанном коллапсе волновой функции должно испускаться слабое рентгеновское излучение. Если его поймать экспериментально — это подтвердит теории.
XENONnT, расположенный в подземной лаборатории Гран-Сассо Национального института ядерной физики (INFN, Италия), оказался идеальным инструментом для такого поиска. Детектор заполнен 5,9 тонны жидкого ксенона и обладает исключительно низким фоновым шумом.
Как искали сигнал
Теоретики из Исследовательского центра Энрико Ферми (Рим) разработали модели, которые впервые точно описывали ожидаемый сигнал в ксеноне — именно в том низкоэнергетическом диапазоне, где детектор наиболее чувствителен. Это позволило искать не размытый фон, а конкретные «горбы» в энергетическом распределении.
Для анализа использовались данные первой научной кампании XENONnT — с 6 июля по 10 ноября 2021 года. Чтобы снизить фоновый шум от радиоактивных стенок, исследователи использовали только 4,37 тонны ксенона из внутренней зоны детектора.
Что это дало
Рентгеновских вспышек, предсказанных теориями, обнаружено не было. Однако отсутствие сигнала само по себе ценно.
«Это самые сильные доказательства, ограничивающие параметры двух главных моделей коллапса. Для модели CSL мы более чем в сто раз чувствительнее, чем предыдущие ведущие эксперименты», — рассказал Кристиан Пишикиа, физик Исследовательского центра Энрико Ферми.
Модель Диози-Пенроуза особенно интересна: в ней именно гравитация вызывает коллапс суперпозиции. Это делает эксперимент частью более широкой задачи — примирить квантовую механику с общей теорией относительности, двумя главными теориями физики, которые до сих пор несовместимы.
Следующее поколение детекторов XLZD, объединяющее XENON, LZ и DARWIN, будет в пять-десять раз массивнее. Он даст нам еще больше возможностей — не только для поиска темной материи, но и для проверки квантовых теорий
Ранее Наука Mail рассказывала, что немецкие студенты собрали собственный детектор темной материи.
