بیگ بنگ: در اعماق کوه آپنینی ایتالیا، یک دستگاه پیچیده به دنبال “ماده تاریک” است. دانشجوی فیزیک دانشگاه ماساچوست نقش عظیمی را در کشفیات اخیر آشکارساز DarkSide-50 ایفا کرده – و در واقع از زمان شروع این پروژه بخشی از آن بوده است.

به گزارش بیگ بنگ، “آندریا پوکار” استاد فیزیک و دانشجویانش یک شبکه طراحی کردند که یکی از اجزای کلیدی DarkSide-50 است، این شبکه در سال 2009 به موجب یک ائتلاف بین‌المللی ساخته شد و در رصدخانه‌ ملی گران ساسو ایتالیا قرار گرفت. دانشجویان مقطع کارشناسی مثل آرتور کورلج و کیرستن رندل این دستگاه ظریف را طراحی، مونتاژ و در محل مورد نظر جوش دادند.

در حالی که ماده تاریک از اثرات گرانشی‌اش قابل شناسایی است، فیزیکدانان در شناسایی آن با دشواری‌های بزرگی روبرو هستند زیرا به ندرت با «ماده‌ معمولی» فعل و انفعال برقرار می‌کند. بنابراین، آنها باید راه‌های جدیدی برای کشف آن ابداع کنند. ابزار Dark-Side-50 از آرگون مایع همراه با یک بستۀ کوچک از گاز آرگون بعنوان هدفی برای جذب ذرات تشکیل دهنده‌ ماده تاریک استفاده می‌کند.

آرگون مایع هدف ذرات ماده تاریک است، در حالیکه بستۀ گاز در تقویت سیگنالِ حاصل، یک نقش کلیدی ایفا می‌کند. هسته‌ آرگون با حجم زیادی از مایع سنتیلاتور تمیز احاطه شده که از آن در برابر رادیواکتیویته‌ محیطی که سیگنال‌های ماده تاریک را تقلید می‌کند، محافظت می‌کند. فلش نوری که در زمان برخورد یک ذره با هستۀ یک اتم آرگون تولید می‌شود می‌تواند نشانه‌ای از این باشد که آنها در مسیر درستی قرار دارند.

روند کشف ماده تاریک بدین معناست که باید به یک متخصص مطلق در زمینۀ همه چیز تبدیل شوید، نه فقط ماده تاریک. دانشجوی فارغ‌التحصیل آلیسا مونته به دنبال رویدادهایی است که در مرزهای آشکارساز رخ می‌دهند، یعنی در جایی که جمع‌آوری نور کارآیی کمتری دارد، در این حالت بار در آنجا گیر می‌افتد یا رویدادها همراه با اثرات لبه، انرژی خود را از دست می‌دهند. کار او در این مناطقِ «کمتر ایده‌آل» به محققان کمک می‌کند تا رفتار کل آشکارساز را درک کنند.

پوکار توضیح می‌دهد: «اگر بخواهیم ماده تاریک را ببینیم، این یک سیگنال کاملأ جدید است. رادیواکتیویته در همه چیز وجود دارد. بنابراین، باید بدانید که این سیگنال‌ها در آشکارساز، شبیه چه چیزی هستند و چگونه می‌توانند بعنوان ماده تاریک عمل کنند.»

پوکار ادامه داد: «اگر ببینیم یک رویداد دزدکی در حال حرکت است، آنگاه این رویداد از لحاظ آماری مورد توجه قرار می گیرد و مجبوریم ادعا کنیم که این رویداد در واقع یک سیگنال است.» محققان اولین گزارش خود در مورد حساسیت بالای ابزار برای دستۀ خاصی از ماده تاریک را گزارش دادند. این گروه داده‌هایی را جمع‌آوری و اندازه‌گیری کردند که آنها حتی انتظارش را نداشتند.

پوکار افزود: «به نظر می‌رسد آزمایش ما برای شناسایی ماده تاریک حساس‌تر از هر آزمایشی بود که در حال حاضر در دامنۀ معینی از جرم در حال اجراست.» این گروه اکنون درک دقیقی از نحوۀ پیدا کردن رویدادهای پس‌زمینه‌ای توسط آشکارساز پیدا کرده است. پوکار می‌گوید: «هیچ‌کس حتی انتظاری از ما نداشت که چیزی دربارۀ “ماده تاریک” کم‌جرم بگوییم و بهترین حساسیت را در دنیا ایجاد کنیم. اما ناگهان به یک بازیکن در این بازی تبدیل شدیم!»

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: phys.org