חומר אפל הוא מהמסתוריים שבמרכיבי היקום - צורה בלתי נראית של חומר, המהווה כ-85% מהמסה הקוסמית, אך אינה פולטת או קולטת אור ולכן קשה מאוד לגילוי. במשך עשרות שנים מנסים מדענים ברחבי העולם לזהות ישירות את חלקיקי החומר האפל, אך ללא הצלחה.
כעת, קבוצה בינלאומית של חוקרים - בין היתר מהאוניברסיטה העברית בירושלים - מציגה פריצת דרך. בניסוי ששמו QROCODILE (מצפה קריוגני מבוסס רזולוציה קוונטית לאירועי חומר אפל באנרגיה נמוכה) נעשה שימוש במערכת חדשנית המשתמשת בגלאים מוליכי-על רגישים במיוחד. הגלאים מיועדים לאתר אינטראקציות עדינות ביותר, בין חלקיקי חומר אפל לבין חומר רגיל.
במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת Physical Review Letters, הדגימו החוקרים את הפוטנציאל של שיטה זו ואת הרגישות הגבוהה של הגלאי עליו היא מסתמכת. הרעיון שעומד מאחורי QROCODILE התגבש לפני שנים. המטרה העיקרית של הפרויקט היא פיתוח גלאי פוטונים בודדים בעל ננו-חוטים עם מוליכות-על (SNSPD), שיפעל כחומר המטרה (כלומר, החומר בו יתנגש החומר האפל) והן כחיישן לקליטת אנרגיה הנובעת מההתנגשויות.
ייחודו של הגלאי החדש טמון ביכולתו למדוד פיקדונות אנרגיה זעירים במיוחד, בסדר גודל של עשיריות אלקטרון-וולט. מדובר ברמות אנרגיה הנמוכות פי מיליונים ממה שמכשירים אחרים מודדים בדרך כלל. רגישות זו מאפשרת לראשונה לבדוק את קיומם של חלקיקי חומר אפל קלים במיוחד, בעלי מסה קטנה פי אלפים מהמועמדים "הכבדים" יותר שנבדקו עד כה.
5 צפייה בגלריה
פרויקט הניסוי הבינלאומי QROCODILE
(איור: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/4hb6-f6jl)
במהלך ההרצה הראשונה של הניסוי, שנמשכה מעל 400 שעות בטמפרטורה קרובה לאפס המוחלט, נרשמו מספר אירועים בעלי מאפיינים העשויים להוות סימן לחומר אפל. אמנם לא ניתן לקבוע עדיין כי מדובר בחומר אפל - ייתכן שמקורם בקרינה קוסמית או ברקע רדיואקטיבי - אך הנתונים כבר מאפשרים להציב מגבלות חדשות ומובילות בעולם על האינטראקציה של חומר אפל קל עם אלקטרונים וגרעיני אטום.
יתרון חשוב נוסף של QROCODILE הוא היכולת לזהות את כיווניות האותות. יכולת זו עשויה לאפשר בעתיד להבדיל בין אות אמיתי של חומר אפל לבין רעשי רקע אקראיים – מפתח קריטי בדרך לגילוי ודאי. "הצלחנו להציב לראשונה חסמים חדשים על קיומו של חומר אפל קל במיוחד. זהו שלב ראשון בדרך לניסויים גדולים יותר, שיכולים בסופו של דבר להביא לגילוי הישיר המיוחל", מסבירה פרופ' יונית הוכברג ממכון רקח לפיסיקה באוניברסיטה העברית בירושלים, מהחוקרות המובילות בפרויקט.
לדבריה, "לניסוי שלנו יש יתרון גדול ביכולת שלו לזהות את הכיווניות של האותות אותן הוא מודד. זה חשוב כי החומר האפל צפוי להגיע מכיוון מועדף בגלל התזוזה של כדור הארץ בתוך הילת החומר האפל שמסביב. אם נמדוד סיגנלים בניסוי ונדע לזהות שהם מגיעים מהכיוון המועדף, נוכל להבדיל ביניהם לבין רעשי רקע וכך להוכיח באופן ברור שגילינו חומר אפל".
במבט קדימה, החוקרים מתכננים לשפר את רגישות הגלאי, להרחיב את שטחו ולהעביר את הניסוי למתקן תת-קרקעי מוגן מקרינה קוסמית. השלב הבא, שכבר מתוכנן תחת השם NILE QROCODILE, צפוי להעמיק עוד יותר את החיפוש ולהרחיב את גבולות הידע על החומר האפל.
פרויקט QROCODILE הוא שיתוף פעולה בינלאומי רחב בהובלת אוניברסיטת ציריך והאוניברסיטה העברית בירושלים, יחד עם אוניברסיטת קורנל, מכון קרלסרוהה לטכנולוגיה בגרמניה והמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס. הניסוי נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע בישראל, הקרן הדו־לאומית למדע ארה״ב–ישראל, מועצת המחקר האירופית ואוניברסיטת ציריך.
