آیا فناوری‌های فوق‌حساس جدید راز ماده تاریک را فاش می‌کنند؟

جستجوی نجوا در میان طوفان کیهانی

اکثر جهان از ماده تاریک و انرژی تاریک تشکیل شده، اما دانشمندان هنوز ماهیت دقیق آن‌ها را نمی‌دانند. اکنون، آشکارسازهای فوق‌حساس جدیدی در حال ساخت هستند تا تعاملات بسیار نادر ذرات را شناسایی کنند و شاید سرانجام پرده از این راز بردارند. دکتر روپاک ماهاپاترا، فیزیکدان ذرات تجربی، برای توضیح این چالش می‌گوید: «این مانند تلاش برای توصیف یک فیل تنها با لمس دم آن است. ما چیزی عظیم و پیچیده را حس می‌کنیم، اما تنها بخش کوچکی از آن را درک می‌کنیم.»

ماده تاریک و انرژی تاریک؛ معمای غالب جهان

ماده تاریک و انرژی تاریک به دلیل ناشناخته بودن ماهیتشان چنین نام‌گذاری شده‌اند. ماده تاریک بخش عمده جرم کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی را تشکیل می‌دهد و در شکل‌دهی ساختار کیهانی نقش کلیدی دارد. در مقابل، انرژی تاریک عامل شتاب‌دهنده انبساط جهان است. به زبان ساده، ماده تاریک ساختارهای کیهانی را به هم نگه می‌دارد و انرژی تاریک آن‌ها را از هم جدا می‌کند. با وجود تسلط آن‌ها بر کیهان، هیچ‌کدام نور ساطع، جذب یا بازتاب نمی‌کنند و مشاهده مستقیمشان بسیار دشوار است. انرژی تاریک بزرگ‌ترین جزء است و تقریباً ۶۸٪ انرژی کل جهان را تشکیل می‌دهد، در حالی که سهم ماده تاریک حدود ۲۷٪ است.

نوآوری در آشکارسازی؛ رصد رخدادهای یک‌بار در دهه

در دانشگاه تگزاس A&M، تیم دکتر ماهاپاترا در حال توسعه آشکارسازهایی با حساسیت فوق‌العاده است که می‌توانند تعاملات ذراتی را ثبت کنند که به ندرت با ماده عادی برخورد می‌کنند. ماهاپاترا می‌گوید: «چالش این است که ماده تاریک آن‌قدر ضعیف با ماده عادی تعامل می‌کند که ما به آشکارسازهایی نیاز داریم که قادر به دیدن رخدادهایی باشند که شاید یک بار در سال یا حتی یک بار در دهه رخ دهند.» این تیم در جستجوی جهانی برای ماده تاریک با استفاده از آشکارساز TESSERACT مشارکت کرده و یکی از معدود مؤسسات حاضر در این آزمایش است.

گسترش مرزهای فناوری با تجربه‌ای ۲۵ ساله

فعالیت‌های اخیر ماهاپاترا بر پایه دهه‌ها تجربه، از جمله مشارکت ۲۵ ساله در آزمایش SuperCDMS است که حساس‌ترین جستجوهای ماده تاریک را انجام داده. در سال ۲۰۱۴، او و همکارانش در مقاله‌ای در Physical Review Letters، روشی نوین برای آشکارسازی معرفی کردند که امکان جستجوی ذرات کم‌جرم WIMP (یکی از نامزدهای اصلی ماده تاریک) را فراهم آورد. در سال ۲۰۲۲، او در مطالعه‌ای بر اهمیت ترکیب روش‌های مختلف آشکارسازی مستقیم، غیرمستقیم و جستجو در برخورددهنده‌ها برای حل معمای ماده تاریک تأکید کرد.

WIMPها؛ نامزدهای گریزپای ماده تاریک

ذرات پرجرم با تعامل ضعیف (WIMPها) از مهم‌ترین نامزدهای نظری برای ماده تاریک هستند. این ذرات فرضی عمدتاً از طریق گرانش و نیروی هسته‌ای ضعیف تعامل می‌کنند که دلیل دشواری شناسایی آن‌هاست. در صورت وجود، WIMPها می‌توانند جرم گمشده جهان را توضیح دهند. آزمایش‌هایی مانند SuperCDMS و TESSERACT از آشکارسازهای فوق‌حساس که تا نزدیک صفر مطلق سرد شده‌اند، برای ثبت تعاملات نادر بین WIMPها و ماده عادی استفاده می‌کنند. چالش بزرگ این است که یک WIMP ممکن است بدون ایجاد هیچ سیگنال قابل شناسایی از زمین عبور کند، بنابراین شناسایی حتی یک رخداد ممکن است سال‌ها طول بکشد.

فراتر از کنجکاوی؛ گشایش فصلی جدید در فیزیک

درک ماده تاریک تنها یک کنجکاوی علمی نیست و ممکن است برای کشف قوانین بنیادی حاکم بر جهان ضروری باشد. دکتر ماهاپاترا می‌گوید: «اگر بتوانیم ماده تاریک را شناسایی کنیم، فصل جدیدی در فیزیک باز خواهد شد. این جستجو به فناوری‌های سنجش فوق حساس نیاز دارد و می‌تواند به فناوری‌هایی منجر شود که امروز حتی تصور آن را هم نداریم.»

سبک زندگی