Благодаря своим уникальным свойствам, идеально чистые кристаллы алмаза могут служить эффективными инструментами для обнаружения редких и малоизученных частиц, составляющих темную материю.
Темная материя остается одной из самых интересных загадок современной физики. С одной стороны, множество астрономических наблюдений указывают на существование невидимых и массивных частиц, которые никак не взаимодействуют с обычной материей, помимо притяжения. На больших масштабах гравитационное влияние темной материи можно оценить довольно точно: ученые составляют карты ее распределения и считают, что именно она играет ключевую роль в эволюции крупных структур, галактик и скоплений.
Однако на практике прямые доказательства существования частиц темной материи до сих пор не получены. Согласно наиболее распространенной теории, ожидаемые тяжелые « вимпы» детекторы таких частиц не обнаруживаются ни в космическом пространстве, ни на Земле, включая те, что регистрируют столкновения частиц в коллайдерах. Это обстоятельство побуждает физиков рассматривать альтернативные гипотезы. В частности, предполагается, что масса частиц темной материи может быть меньше (предполагалось, что вимпы имеют массу 30-100 гигаэлектронвольт (ГэВ), что в десятки раз превышает массу протона) и не превышает 1 ГэВ.
Работа команды физиков из Израиля и США дает основания полагать, что алмазы могут содержать такие частицы, статья которых опубликована в журнале Physical Review D. Согласно результатам исследования, при движении через кристаллическую структуру, частицы темной материи эпизодически могут взаимодействовать с ядрами атомов, передавая им энергию. Возникающие в результате этого колебания будут распространяться по кристаллической решетке, и эти волны могут быть зафиксированы датчиками. Чтобы снизить собственные колебания атомов, предлагается охлаждать «алмазный детектор» до криогенных температур, близких к абсолютному нулю.
Некоторые существующие детекторы темной материи построены по схожей схеме. Однако ранее в них использовали кристаллические материалы, такие как кремний и германий. В отличие от них, атомы углерода в алмазе значительно легче, что делает их удобными сенсорами для обнаружения легких частиц. Исследователи также подчеркивают, что современные технологии позволяют выращивать высококачественные и достаточно крупные алмазные кристаллы, а также удалять примеси редких изотопов.