انتشار اولین نتایج از قوی ترین آشکارساز ماده تاریک در دنیا و رضایت دانشمندان

سه سال از زمان اتمام مراحل ساخت حساس‌ترین دستگاه آشکارکننده‌ی ماده‌ی تاریک ساخته شده تا به امروز گذشته است و اکنون به نظر می‌رسد که این سیستم دارای عملکرد رضایت‌بخشی بوده و نخستین نتایج مفیدش را در اختیار دانشمندان قرار داده و روند کار آن نیز منطبق با برنامه‌ریزی سازندگانش بوده است.

ماشینی که با نام زنون ۱ تی یا XENON1T و در سال ۲۰۱۵ نیز گزارشی از آن در پایگاه‌های خبری ارائه شده بود، به منزله‌ی نزدیک‌ترین و بهترین تلاش دانشمندان برای پیدا کردن ماده‌ی تاریک بوده است؛ ماده‌ای که برای دانشمندان به‌طور معروفی بسیار گمراه‌کننده‌ و فریبنده است و به باور فیزیکدانان بیش از ۸۵ درصد از ماده‌ی موجود در سراسر جهان هستی را شامل می‌شود.

در حالی که نتایج منتشرشده، ارایه‌دهنده‌ی داده‌های به دست آمده از تنها ۳۴ روز هستند؛ با این حال دانشمندان تایید کرده‌اند که ماشین زنون ۱ تی به پایین‌ترین سطح از پس‌زمینه‌ی با انرژی پایینی رسیده است که تا کنون در آزمایش‌های مربوط به شناسایی ماده‌ی تاریک به آن دست یافته‌اند. به بیانی دیگر، اگر دستگاهی در دنیا وجود داشته باشد که قادر به شناسایی و ردگیری آثار خفیف ماده‌ی تاریک روی نویزهای پس‌زمینه‌ی جهان هستی باشد، آن دستگاه همین ماشین زنون ۱ تی است.

البته هنوز هیچ ماده‌ی تاریکی از طریق این دستگاه مشاهده نشده است؛ اما تیم پژوهشی دست‌اندکار این آزمایش‌ها در حال حاضر از نتایج به دست آمده راضی هستند. لورا باودیس، یکی از پژوهشگران این تحقیق از دانشگاه زوریخ سوییس در این باره در گفتکو با پایگاه گیزمودو اظهار کرده است که:

من فکر می‌کنم که هیجان‌انگیزترین بخش از اتفاق فعلی مربوط به این است که دستگاه آشکارساز ما همان گونه‌ای کار می‌کند که انتظارش را داشتیم.

زنون ۱ تی دارای وظیفه‌ی تعریف‌شده برای آشکارسازی برهم‌کنش‌های میان ذره‌هایی است که دارای برهم‌کنش‌های بسیار ضعیفی با هم هستند و به اختصار ویمپ یا WIMP نامیده می‌شوند. این ذرات در واقع همان موادی هستند که به باور دانشمندان می‌تواند ارائه‌دهنده‌ی همان ماده‌ی تاریک مرموز و همچنین ماده‌ی معمولی باشد.

دشواری کار در روند شناسایی و آشکارسازی ماده‌ی تاریک، در این است دانشمندان باید بتوانند تداخل ناشی از پرتوزایی خارجی طبیعی را به مقداری کاهش دهند که در نهایت قادر باشند تا تکان‌های بسیار اندک ضعیف مورد نظرشان را در صورت ایجاد شدنشان در آن محل‌ها مشاهده کنند.

به همین دلیل است که ماشین زنون ۱ تی را در حدود ۳۶۰۰ متر پایین‌تر از سطح زمین قرار داده‌اند و آن را با حدود ۲ هزار کیلوگرم از ماده‌ی زنون مایع پر کرده‌اند. گفتنی است که زنون مایع به عنوان ماده‌ای شناخته می‌شود که در صورت تصادم داشتن با یک ویمپ بایستی به ایجاد نشانه‌های نوری منجر شود.

برهم‌کنش‌های ذرات در زنون مایع باعث ایجاد پرتوهایی از نور می‌شود و دانشمندان امیدوارند که با ردگیری این پرتوها و استفاده از سایر اندازه‌گیری‌های به دست‌آمده و انجام زمان‌بندی‌های مناسب در این محفظه در نهایت روی این موضوع کار کنند که آیا پدیده‌های ایجادشده‌ی در طی این فرایندها می‌توانند همان ماده‌ی تاریک باشند یا خیر.

هنوز هیچ نشانه‌ی مستقیمی از نتایج ماه اول تحقیقات در این رابطه وجود ندارد؛ اما این موضوع خیلی هم غافلگیرکننده نیست. برپایه‌ی توضیحگیزمودو، چنین تلاشی به منزله‌ی این است که شما یک کاسه را در حیات پشتی خانه‌تان قرار دهید و منتظر برخورد یک شهاب‌سنگ کوچک به آن شوید! پس با این اوصاف، ۳۴ روز بدون نتیجه‌ی مورد نظر به هیچ عنوان زمان زیادی نیست.

مطالعه‌ی دیگری هم که سال گذشته در این رابطه منتشر شده بود، هیچ نتیجه‌ی خاصی را در جستجو به دنبال ماده‌ی تاریک در پی نداشت؛ اما هر نوع تحقیق اضافی در این زمینه بسیار سودمند است و به جریان کلی کمک می‌کند. حتی اگر خود آن پژوهش هم به کشف ماده‌ی تاریک منجر نشود، باز هم نتایج آن باعث راهنمایی و کمک به تحقیق بعدی در آن زمینه می‌شود.

مجموعه‌ی داده‌های اولیه‌ای که از این ماشین جدید به دست آمده‌اند در وهله‌ی اول باید مورد بررسی کارشناسی قرار گیرند. از این رو بهتر که در این مرحله‌، آنها را همچنان به عنوان نتایج مقدماتی و نه نتایج قطعی در نظر بگیریم. اما واقعیت این است که تیم پژوهشی واقعا از آنچه که تا به امروز مشاهده کرده‌اند نیز بسیار راضی هستند. النا آپریل، یکی از اعضای تیم پژوهشی از دانشگاه کلمبیا در این باره می‌گوید:

ویمپ‌ها در مرحله‌ی نخست از پژوهشمان با زنون ۱ تی خودشان را نشان نداده‌اند؛ ولی ما هم انتظار چنین چیزی را در این وهله نداشتیم.بهترین خبر هم این نیست که آزمایش‌های ما همچنان ادامه می‌یابند تا داده‌های تراز اول به دست آمده در این زمینه را روی هم انباشته کنیم؛ چنین کاری ما را قادر خواهد ساخت که فرضیه‌ی وجود ویمپ‌ها در محل‌های حضور ماده و سازوکار آنها با اتم‌های عادی را با کیفیتی بررسی کنیم که پیش از این میسر نبوده است.

چندین تلاش دیگر برای شناسایی ماده‌ی تاریک نیز همزمان در حال انجام هستند و هر کدام از ماده‌های مختلفی به همراه زنون یا سایر ابزارها برای کار خود استفاده می‌کنند که یکی از آنها هم، برخورددهنده هادرونی در سوئیس است.

ما همچنین با داده‌هایی مواجه بوده‌ایم که شامل نشانه‌هایی از وجود ماده‌ی تاریک بوده و از ایستگاه فضایی بین‌المللی به دست آمده بودند. در واقع این فعالیت‌های بیشتر روی مشاهدات اعماق فضا متمرکز است تا دانشمندان ببیند که آیا ماده‌ی تاریک وجود دارد یا خیر.

تلاش برای شکار ماده‌ی تاریک همچنان ادامه دارد؛ اما ماشین زنون ۱ تی خود را به عنوان یک ابزار جدید و کارامد مطرح کرده‌ است که می‌تواند به کمک همه‌ی دانشمندان بیاید. آپریل در انتها می‌گوید:

فاز جدیدی از مسیر دشوار ما برای رسیدن به ماده‌ی تاریک با استفاده از آشکارکننده‌هایی با پس‌زمینه‌های بسیار پایین روی کره‌ی زمین، با نتیجه‌بخش بودن ماشین زنون ۱ تی آغاز شده است. ما مفتخریم که با این آشکارکننده‌ی جالب در خط اول چنین مسیری قرار داریم؛ پدیده‌ای که در نوع خود، اولین است.

یافته‌های اولیه‌ی این پژوهش از این پایگاه در دسترس هستند.