نسل آینده شناساگر ماده تاریک

پروژۀ زیرزمینی ال‌زد (LZ سرواژۀ LUX-ZEPLIN) با هدف رد و یا پذیرش نظریۀ ذرات مادۀ تاریک، در آزمایشگاه برکلی امریکا تا سال ۲۰۲۰/۱۳۹۹ ساخته خواهد شد. در حال حاضر، ۲۲۰ دانشمند مطرح از ۳۸ مؤسسۀ مختلف با این پروژه همکاری می‌کنند. این شناساگر به‌گونه‌ای طراحی شده است که حساسیت چندین برابری نسبت به شناساگرهای پیشین خواهد داشت.

کارکرد این شناساگر به این صورت است که، زمانی که ذرۀ مادۀ تاریک با اتم زنون برخورد می‌کند به‌سرعت، پرتو نور تولید می‌شود و اتم با جذب انرژی، الکترونی آزاد می‌کند که تحت میدان الکتریکی درون دستگاه قرار می‌گیرد. سپس، به سمت آشکارساز در قسمت بالایی پیشروی می‌کند و به دنبال آن پرتو نور دوم تولید می‌شود. پانصد لولۀ تقویت‌کنندۀ نوری که در مخزن حجیم این دستگاه تعبیه شده است باعث تسریع عملکرد دستگاه می‌شود. آشکارسازهای ابتدایی و انتهایی مخزن داده‌ها را جمع‌آوری می‌کنند و این روند به صورت پیاپی تکرار می‌شود.

دانشمندان در تلاشند تا همزمان با پیشرفت فیزیکی آزمایشگاه ابزارهای موردنیاز را برای شبیه‌سازی و تحلیل داده فراهم کنند تا منبع دریافتی برخورد‌های صورت گرفته، شناسایی شود. برای بدست آوردن خروجی دقیق، تمام مؤلفه‌های ال‌زد (LZ) سطوح تابش‌ها را تا حدّ ممکن بدون تأثیر سیگنال‌های مخرب دریافت خواهند کرد و اثر گازهای رادیواکتیو که ممکن است در شناسایی مادۀ تاریک تداخل ایجاد کنند، حذف خواهند شد. برای اینکه اطمینان حاصل شود که سیگنال‌های مادۀ تاریک به اشتباه دریافت نشده‌اند، مخزن مایع زنون را با مادۀ دیگری احاطه می‌کنند که به آن scintillator fluid می‌گویند؛ مخزن مایع زنون را در تصویر زیر تحت پرتو فرابنفش مشاهده می‌کنید. 

همچنین، در نمودار زیر حساسیت آزمایش‌های گوناگونی را که به دنبال نشانه‌هایی از درستی نظریۀ ذرات مادۀ تاریک با عنوانWIMP  (سرواژۀ Weakly Interacting Massive Particles) و همچنین نظریات دیگری چون axions و sterile neutrinos هستند، مشاهده می‌کنید. آزمایش ال‌زد (LZ) با خط سبز رنگ نشان داده شده است.

 آزمایشگاه PandaX-II از چین و XENON1T از ایتالیا نیز دو آزمایشگاه مشهور دیگر برای درک ماهیت مادۀ تاریک هستند که در مراحل شناسایی از مشابه ال‌زد (LZ) از زنون مایع برای دریافتگر سیگنال استفاده خواهند کرد و کار ساختشان تقریباً همزمان با ال‌زد (LZ) تمام  خواهد ‌شد. با این تفاوت که در آزمایشگاه ال‌زد (LZ) حساسیت و دقت بالاتری در شناسایی صورت می‌گیرد. 

مترجم: سارا مطلبی/ مجله نجوم

ویراستار: منا رجبیه فرد

منبع: http://yon.ir/u689