Научници претварају Земљу у џиновски детектор скривених сила које обликују наш универзум

Овај приступ поставља основу за глобални и међупланетарни систем сензора који би могао открити скривене честице и силе.

Разумевање СКУИРЕ-а и његове свемирске квантне стратегије

Интеракције посредоване егзотичним бозоном спадају у 16 ​​категорија. Од тога, 15 зависи од спина честице, а 10 од релативне брзине. Ове интеракције могу произвести мале помаке у нивоима атомске енергије, а квантни спин сензори детектују те помаке као псеудомагнетна поља. Мисија СКУИРЕ намерава да постави такве сензоре на свемирске платформе, укључујући Кинеску свемирску станицу, како би потражила псеудомагнетна поља настала егзотичним интеракцијама између сензора и Земљиних геоелектрона. Комбинујући приступ простору са квантним прецизним алатима, СКУИРЕ избегава велико ограничење експеримената на земљи, који се боре да истовремено повећају и релативну брзину и укупан број поларизованих спинова.

Зашто ниска Земљина орбита значајно побољшава осетљивост

Неколико карактеристика орбиталног окружења пружа снажне предности.

1. Кинеска свемирска станица путује у ниској Земљиној орбити брзином од 7,67 км/с у односу на Земљу, што је скоро прва космичка брзина и око 400 пута брже од типичних покретних извора који се користе у лабораторијским тестовима.
2. Земља делује као огроман природни извор поларизованих спинова. Неупарени геоелектрони унутар плашта и коре, поравнати геомагнетним пољем, снабдевају отприлике 10⁴² поларизованих електрона, превазилазећи могућности СмЦо₅ лабораторијских спин извора за приближно 10¹⁷.
3. Орбитално кретање претвара егзотичне потписе интеракције у периодичне сигнале. За Кинеску свемирску станицу (орбитални период ~1,5 сати), ово производи модулацију близу 0,189 мХз, регион са нижим унутрашњим шумом од ДЦ мерних опсега.

Пројектовани добици перформанси у орбити

Са овим предностима које омогућавају простор, СКУИРЕ концепт омогућава да егзотичне амплитуде поља достигну до 20 пТ чак и под строгим ограничењима струје на константе спајања. Ово је драматично више од најбољег прага земаљске детекције од 0,015 пТ. За интеракције зависне од брзине са опсегом силе >10⁶ м, пројектована осетљивост се побољшава за 6 до 7 редова величине.

Изградња квантног спин сензора спремног за свемир

Развој прототипа квантног сензора је од суштинског значаја за стављање СКУИРЕ-а у рад. Инструмент мора остати изузетно осетљив и стабилан током дугих периода док ради у изазовном орбиталном окружењу. У свемиру, спин сензори наилазе на три доминантна извора сметњи: варијације у геомагнетном пољу, механичке вибрације летелице и космичко зрачење.

Смањење буке и повећање стабилности

Да би превазишао ове изазове, тим СКУИРЕ је направио прототип користећи три главне иновације.

1. Двоструки сензор за окретање племенитог гаса: Уређај користи ¹²⁹Ксе анд ¹³¹Ксе изотопи са супротним жиромагнетним односима, што му омогућава да поништи заједничку магнетну буку док остаје да реагује на ССВИ сигнале. Овај приступ пружа 10⁴– потискивање буке на преклоп. Са вишеслојном магнетном заштитом, геомагнетни поремећаји падају на ниво испод фемтотесла.
2. Технологија компензације вибрација: жироскоп са оптичким влакнима прати вибрације свемирске летелице и омогућава активну корекцију, доводећи буку вибрације на отприлике 0,65 фТ.
3. Архитектура отпорна на зрачење: Алуминијумско кућиште од 0,5 цм и трострука модуларна редунданса у контролној електроници штите систем од космичких зрака. Дизајн може наставити да функционише чак и ако два од три модула покваре, смањујући прекиде везане за зрачење на мање од једног дневно.

Осетљивост на орбити и научна спремност

Комбиновањем ових технологија, прототип постиже осетљивост једног ударца од 4,3 фТ при 1165 с, што је добро усклађено са детекцијом ССВИ сигнала који прате орбитални период од 1,5 сата. Ова способност успоставља снажну технолошку основу за прецизна претраживања тамне материје која се спроводе директно у орбити.

Ширење ка свемирској квантној мрежи сензора

Квантни спин сензори на кинеској свемирској станици могу учинити много више од тражења егзотичних интеракција. СКУИРЕ предлаже „свемирско-земља интегрисану“ квантну сензорску мрежу која повезује орбиталне детекторе са онима на Земљи, омогућавајући далеко већу осетљивост у многим моделима тамне материје и другим могућностима изван стандардног модела. То укључује додатне егзотичне интеракције, Акион ореоле и студије кршења ЦПТ-а.

Будуће могућности широм Сунчевог система

Кретање орбиталних сензора великом брзином повећава спрегу између аксионских ореола и нуклеонских спинова, производећи десетоструко побољшање осетљивости у поређењу са претрагама тамне материје на Земљи. Како се Кина шири дубље у Сунчев систем, СКУИРЕ приступ би на крају могао да користи удаљене планете као што су Јупитер и Сатурн (нпр. планете богате поларизованим честицама) као велике природне изворе окретања. Ова дугорочна визија отвара врата истраживању физике у много ширим космичким размерама.