У пошуках темної матерії дослідники по всьому світу вже побудували безліч детекторів, але, на жаль, їхні зусилля не принесли значних результатів. Навіть система детекторів HAYSTAC не змогла допомогти в цій справі. Незважаючи на десятиліття експериментальних досліджень, досі не вдалося ідентифікувати частинку темної матерії.
Однак нині дослідники отримали несподівану допомогу у своїх зусиллях завдяки технологіям квантових обчислень. Фізики застосували "квантовий обман", щоб прискорити пошук темної матерії вдвічі. Вони сподіваються виявити частинку, яка б відповідала теорії, висунутій астрономами в 30-х роках минулого століття.
Темна матерія - це невідома речовина, яка, на думку астрофізиків і космологів, становить понад 80% матерії у всесвіті. Для того, щоб визначити, яка з теорій пояснює цей феномен, дослідники витрачають величезні суми на створення різноманітних детекторів і верифікацію гіпотетичних частинок.
Однак модельні формули, що використовуються в математиці, також є примарними і можуть робити свій внесок у маніпуляцію з даними про "видиму" матерію.
Одна з теорій про темну матерію стверджує, що вона складається з невідомих частинок фізики, званих аксіонами, які спільно діють як невидима хвиля, що коливається з певною частотою. Детектори аксіонів, такі як HAYSTAC, працюють як радіоприймачі, але замість того, щоб перетворювати радіохвилі на звук, вони перетворюють хвилі аксіонів на електромагнітні аналоги. Ці детектори вимірюють дві величини, звані квадратурами електромагнітного поля, які являють собою два різні типи коливань в електромагнітній хвилі, що виникають під час руху аксіонів.
Головна проблема під час пошуку аксіонів полягає в тому, що частота гіпотетичної аксіонної хвилі невідома. Мисливці за аксіонами перебирають широкий діапазон частот, налаштовуючи свої детектори на кожну частоту по черзі, подібно до того, як шукають радіостанцію в незнайомому місті. Кожен дискретний крок охоплює дуже невеликий діапазон можливих частот, який називається смугою пропускання детектора.
Команда HAYSTAC удосконалила метод пошуку аксіонів, зменшивши шуми хвилі. Однак вони зіткнулися з фундаментальною межею мінімального шуму внаслідок принципу невизначеності. Принцип невизначеності говорить, що неможливо знати точні значення певних фізичних величин одночасно, як-от положення та імпульс частинки. Детектори аксіонів вимірюють різні коливання електромагнітного поля, і принцип невизначеності забороняє точне знання обох квадратур, додаючи мінімальну кількість шуму до квадратурних коливань.
Квантове стиснення не рівномірно зменшує шум по всій смузі пропускання аксіонного детектора. Замість цього, воно вимірює найбільший ефект на краях. Уявіть, що ви налаштували своє радіо на 88,3 мегагерца, але насправді вам потрібна станція на 88,1. За допомогою квантового стиснення ви зможете почути свою улюблену пісню на відстані однієї станції.
Однак у світі радіомовлення це було б катастрофою, оскільки різні станції конкурують між собою і заважають одна одній. У разі пошуку темної матерії, необхідно шукати тільки один сигнал, і ширша смуга пропускання дає змогу фізикам швидше перевіряти сигнали. Наприклад, HAYSTAC подвоїв пропускну здатність детекторів, хоча безрезультатно.
Проте збільшення пропускної здатності недостатньо для сканування всіх можливих аксіонних частот. Фізики, як і раніше, вірять, що підвищення швидкості сканування є важливим кроком у розвитку моделі квантового стиснення. Сканування збільшилося в 10 разів, але це все ще не достатньо для вирішення загадки темної матерії, пов'язаної з можливим існуванням аксіонів.
Незважаючи на те, що ніхто не знає, чи існують аксіони і чи вирішать вони загадку темної матерії, фізики продовжують наполегливо працювати і вірити у свої ідеї.
