Dunkle Materie macht etwa 27 Prozent des Materie- und Energiehaushalts des Universums aus – doch außer der Tatsache, dass sich deren Teilchen langsam bewegen, wissen Wissenschaftler:innen noch nicht wirklich viel darüber.

Das liegt auch daran, dass es schwierig ist, dunkle Materie direkt zu erkennen, da sie nicht mit Licht wechselwirkt.

Fermilab-Forscher:innen wollen dem nun entgegenwirken – und zwar mithilfe von Quantencomputern. Bei ihrer Methodik werden Qubits, die Hauptkomponenten von Quantencomputersystemen, verwendet, um einzelne Photonen zu erkennen, die in Gegenwart eines starken Magnetfelds von dunkler Materie erzeugt werden.

Mithilfe dieser Qubits können Quantencomputer komplexe Berechnungen effizient durchführen, für die ein klassischer Computer enorm viel Zeit brauchen würde.

„Qubits funktionieren, indem sie einzelne Informationsanregungen manipulieren, zum Beispiel einzelne Photonen“, sagte Aaron Chou, ein leitender Wissenschaftler am Fermilab, gegenüber der Wissenschafts-Newsseite Scitechdaily. „Sowohl Quantencomputer als auch Detektoren für dunkle Materie müssen stark von äußeren Störungen abgeschirmt sein. Wenn das gelingt, ist das Einzige, was durchspringen kann, dunkle Materie.“

„Wenn also Leute Quantencomputer mit den gleichen Anforderungen bauen, haben wir gefragt: ‚Warum können Sie diese nicht einfach als Detektoren für dunkle Materie verwenden?‘“, erklärt Chou die Idee hinter der Entdeckung.

Wenn Dunkle-Materie-Teilchen ein starkes Magnetfeld durchqueren, können sie Photonen erzeugen, die Chou und sein Team mit Qubits messen können. Da die Qubits von allen anderen äußeren Störungen abgeschirmt werden, können Wissenschaftler:innen, wenn sie eine Störung durch ein Photon entdecken, daraus schließen, dass dies das Ergebnis von dunkler Materie ist, die durch die Schutzschichten geflogen ist.

Um dunkle Materie mit dieser Methodik nachweisen zu können, arbeitet das Team auch an neuen Materialien, denn die herkömmlichen Photonenhohlräume aus Aluminium verlieren in Gegenwart des Magnetfelds, das zur Erzeugung von Photonen aus Dunkle-Materie-Teilchen erforderlich ist, ihre Supraleitfähigkeit.

Kreiert wurde von den Wissenschaftler:innen so ein neuer Hohlraum aus synthetischem Saphir. Dieser soll nun helfen, die Experimente weiter voranzubringen.