فاز راه اندازی حساس ترین آشکارساز ماده تاریک کامل شد - ساعت اینترنت

به گزارش ساعت اینترنت، یک آشکارساز ماده تاریک نسل بعدی، عملیات خود را شروع نموده است و ارائه اولین نتایج آن نشان می دهد این ابزار علمی حساس ترین دستگاه از این نوع روی زمین است.

این ابزار علمی می تواند با شناسایی مستقیم ذرات تشکیل دهنده ماده تاریک برای نخستین بار، یکی از بزرگ ترین اسرار فیزیک یعنی ماهیت ماده تاریک را آشکار کند.

آزمایش لوکس-زپلین (LUX-ZEPLIN) یا LZ در اعماق زمین زیر تپه های سیاه داکوتای جنوبی، که به وسیله تیمی از 250 دانشمند به سرپرستی آزمایشگاه ملی لارنس برکلی انجام می گردد، مرحله آنالیز آغازین آغاز خود را با موفقیت گذراند.

آشکارساز LZ از دسامبر 2021 (آذر 1400) راه اندازی شده است و این اولین نتایج نشان دهنده 60 روز اول فعالیت آن است. کوین لسکو (Kevin Lesko) فیزیکدان ارشد آزمایشگاه برکلی و سخنگوی سابق LZ گفت: ما آماده ایم و همه چیز خوب به نظر می رسد. این یک آشکارساز پیچیده است که قطعات زیادی در آن وجود دارد و همه آن ها در حد انتظار عمل می نمایند.

ماده تاریک حدود 85 درصد از ماده موجود در دنیا شناخته شده را تشکیل می دهد، اما چون نوری از خود ساطع نمی نماید، عملا نامرئی است. به همین ترتیب، ذرات تشکیل دهنده ماده تاریک، هر چه که باشند، با مواد دیگر هم برهم کنش قوی ندارند.

در حقیقت تنها راهی که دانشمندان می توانند وجود ماده تاریک را درک نمایند، به وسیله اثر گرانشی آن است که بیشتر کهکشان ها را منسجم حفظ و از جدا شدن ستاره های تشکیل دهنده آن ها هنگام چرخش جلوگیری می نماید.

بر این اساس محققان می دانند که ماده تاریک از پروتون ها و نوترون هایی مانند ماده عادی (یا ماده باریونی) که هر روز در اطراف خود می بینیم، تشکیل نشده است.

آشکارساز LUX-ZEPLIN برای جست وجوی ویژه نوع فرضی ماده تاریک به نام ذرات سنگین با برهم کنش ضعیف (Weakly Interacting Massive Particles) یا ویمپ (WIMP) تنظیم شده است. انتظار می رود که این ذرات به ندرت با ماده برخورد نمایند و در صورت برخورد، برهم کنش بسیار ضعیفی داشته باشند.

در حال حاضر هیچ ذره ای از ماده تاریک به طور مستقیم شناسایی نشده است، اما دانشمندان امیدوارند که آشکارساز LZ بتواند با شناسایی برهم کنش های ضعیف این ذرات مرموز با اتم های زنون، آن را تغییر دهد. این به یک آشکارساز حساس با حذف تمام نویزهای ممکن که می تواند در تشخیص اختلال ایجاد کند احتیاج دارد.

در آزمایش LZ ده تن عنصر زنون مایع در دو مخزن تیتانیوم تودرتو جای گرفته است. این مخازن به وسیله دو لامپ فوتوفزون گر (PMT) که قادر به تشخیص منابع ضعیف نور هستند، پایش می شوند. مخازن و آشکارسازهای همراه آن ها هم در یک سامانه تشخیصی بزرگ تر قرار دارند که می تواند هر ذره ای را که رفتار سیگنال ماده تاریک را تقلید کند بگیرد و آن را از گزینه های جست وجو برای ماده تاریک واقعی حذف کند.

برای شناسایی این فعل وانفعالات ضعیف، مخازن زنون باید در دمای منفی منفی 100 درجه سانتی گراد نگهداری شوند. علاوه بر این، تیم LZ باید تمام تشعشعات طبیعی پس زمینه را از آشکارساز حذف کند. به همین علت یک مخزن آب، مجموعه این ابزارهای علمی را از تشعشعات طبیعی گسیل شده از دیواره های آزمایشگاه محافظت می نماید.

مکان زیرزمینی آشکارساز ماده تاریک هم باعث محافظت از آن در برابر پروتون های پرانرژی و هسته های اتمی که از خورشید و فراتر از منظومه شمسی از پرتوهای کیهانی سرچشمه می گیرند و تقریبا با سرعت نور در فضا حرکت می نمایند، می گردد.

هم اکنون این آزمایش در مراحل آغازین به سر می برد و حساسیت آشکارساز LZ در 1000 روز آینده بیشتر هم افزایش خواهد یافت. هیو لیپینکات سخنگوی LZ از دانشگاه کالیفرنیا سانتا باربارا گفت: قصد داریم در سال های آینده حدود 20 برابر داده های بیشتری جمع آوری کنیم، بنابراین تازه در حال آغاز هستیم.

به گفته او کارهای علمی زیادی باید انجام گردد و این بسیار هیجان انگیز است!

عکس کاور: آشکارساز بیرونی LZ

Credit: Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility

منبع: Space