SuperCDMS SNOLAB হালকা ডার্ক ম্যাটারের জন্য নতুন অনুসন্ধান শুরু করেছে

কানাডার ভূগর্ভে একটি বড় ডার্ক ম্যাটার ডিটেক্টর চালু হয়েছে

কণাপদার্থবিজ্ঞানের নতুন সরাসরি-সনাক্তকরণ পরীক্ষাগুলোর একটি বৈজ্ঞানিক কার্যক্রম শুরু করেছে, যা ডার্ক ম্যাটারকে চিহ্নিত করার দীর্ঘ বৈশ্বিক প্রচেষ্টায় একটি উল্লেখযোগ্য পদক্ষেপ। অন্টারিওর সাডবেরি কাছে গভীর ভূগর্ভে স্থাপিত SuperCDMS SNOLAB সেই পর্যায়ে প্রবেশ করেছে যাকে প্রকল্পটি “প্রাথমিক বিজ্ঞান” বলে বর্ণনা করে, অর্থাৎ ডিটেক্টরগুলো এখন নির্মাণ ও কমিশনিং মোডে না থেকে তথ্য সংগ্রহ করছে।

কার্যক্রম শুরু হওয়া গুরুত্বপূর্ণ, কারণ ডার্ক ম্যাটার আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে বড় অমীমাংসিত সমস্যাগুলোর একটি। জ্যোতির্বিদ ও মহাবিশ্ববিদরা গ্যালাক্সির ঘূর্ণন, মহাবিশ্বজুড়ে পদার্থের সঞ্চয় এবং বৃহৎ স্কেলে মাধ্যাকর্ষণের আচরণ দেখে এর অস্তিত্ব অনুমান করেন। তবু যে কণাগুলো সেই অনুপস্থিত ভর তৈরি করে বলে ধারণা করা হয়, সেগুলোকে কোনো পরীক্ষাই নিশ্চিতভাবে ধরতে পারেনি। SuperCDMS SNOLAB এমন এক parameter space-এর অংশে এই অনুসন্ধানকে এগিয়ে নিতে তৈরি করা হয়েছে, যা বিশেষভাবে কঠিন: তথাকথিত হালকা ডার্ক ম্যাটার।

এই প্রেক্ষাপটে “হালকা” মানে দৃশ্যমান বা দীপ্তিময় নয়। এটি এমন অনুমানভিত্তিক কণাকে বোঝায় যাদের ভর আগের অনুসন্ধানে প্রাধান্য পাওয়া অন্যান্য ডার্ক ম্যাটার প্রার্থীদের তুলনায় তুলনামূলকভাবে কম। ওই হালকা কণাগুলো সাধারণ পদার্থের সঙ্গে অত্যন্ত দুর্বলভাবে মিথস্ক্রিয়া করবে বলে আশা করা হয়, ফলে এমন ক্ষীণ সংকেত তৈরি হবে যে সেগুলো দেখতে হলে পরীক্ষাগুলোকে চরম শিল্ডিং, অতি-শীতল অবস্থা এবং অত্যন্ত সংবেদনশীল readout সিস্টেম একসাথে ব্যবহার করতে হবে।

কেন SNOLAB, আর কেন এখন

SuperCDMS SNOLAB 2018 সাল থেকে আগের নকশাগত কাজের পর সক্রিয় নির্মাণাধীন ছিল। এর নতুন পরিচালন পর্যায় মানে, পরীক্ষা প্রস্তুতি থেকে পরিমাপের গুরুত্বপূর্ণ সীমা অতিক্রম করেছে। প্রাথমিক পরিকল্পনা অনুযায়ী এটি তিন বছর চলবে, এবং কার্যক্রম ভালো হলে সেই সময়সীমা বাড়ানোর সম্ভাবনাও আছে। বাস্তবে, “ভালো চলা” মানে হলো ডিটেক্টরগুলো স্থিতিশীল থাকা, background কম থাকা, এবং সহযোগী দলটি যথেষ্ট পরিমাণে পরিষ্কার তথ্য সংগ্রহ করতে পারা যাতে হালকা ডার্ক ম্যাটারের মডেলগুলো আরও বেশি সংবেদনশীলতার সঙ্গে পরীক্ষা করা যায়।

এই পরীক্ষা SNOLAB-এ, Vale Creighton mine-এর ভেতরে, প্রায় 1.6 কিলোমিটার ভূগর্ভে অবস্থিত। অবস্থানটি কাকতালীয় নয়। ডার্ক ম্যাটার ডিটেক্টরগুলোকে ভূমির গভীরে রাখা হয় যাতে cosmic rays এবং অন্যান্য বিকিরণ উৎস থেকে সুরক্ষা পাওয়া যায়, যেগুলো গবেষকদের আলাদা করতে চাওয়া ক্ষুদ্র সংকেতের অনুকরণ করতে পারে। পরীক্ষা যত গভীরে, চারপাশের শিলা বাইরের বিশ্বের হস্তক্ষেপ তত বেশি দমন করতে সাহায্য করে।

এ ধরনের ভূগর্ভস্থ পরিবেশ শীর্ষস্থানীয় ডার্ক ম্যাটার অনুসন্ধানের একটি মানক বৈশিষ্ট্য, কিন্তু SuperCDMS আরও একটি প্রযুক্তিগত জটিলতা যোগ করে, কারণ এটি পরম শূন্যের কাছাকাছি তাপমাত্রায় পরিচালিত হয়। এই চরম শীতলতা দরকার, কারণ পরীক্ষাটি এমন ক্ষুদ্র শক্তি সঞ্চয় খুঁজছে যা না হলে তাপীয় শব্দে হারিয়ে যেত। উষ্ণতর একটি ডিটেক্টর কার্যত সেই ফিসফিসটিকে ডুবিয়ে দিত, যা সেটি শুনতে চাইছে।

ডিটেক্টর কীভাবে কাজ করে

পরীক্ষাটির কেন্দ্রে আছে সিলিকন ও জার্মেনিয়াম দিয়ে তৈরি 24টি অতিশুদ্ধ স্ফটিক, প্রতিটি প্রায় হকি পাকের আকারের। যদি একটি ডার্ক ম্যাটার কণা এই স্ফটিকগুলোর একটিতে আঘাত করে, তবে তা দুই ধরনের প্রভাব তৈরি করতে পারে: একটি phonon, অর্থাৎ স্ফটিক জালের ক্ষুদ্র কম্পন, এবং খুবই ক্ষীণ বৈদ্যুতিক সংকেত। উভয়টি শনাক্ত করা বিজ্ঞানীদের সম্ভাব্য কণা-মিথস্ক্রিয়াকে সাধারণ background ঘটনার থেকে আলাদা করতে সাহায্য করে।

সেই সংকেতগুলো নথিভুক্ত করতে প্রতিটি স্ফটিক superconducting sensors দিয়ে সজ্জিত। এই সেন্সরগুলোকেও অত্যন্ত ঠান্ডা রাখতে হয়, যাতে superconductivity বজায় থাকে এবং ডিটেক্টর খুব ছোট বিঘ্নেও সাড়া দিতে পারে। পুরো ব্যবস্থাটি তাই বিভ্রান্তির সব সম্ভাব্য উৎস কমিয়ে আনার একটি অনুশীলন। গবেষকেরা শুধু বিরল কিছু খুঁজছেন না; তারা এমন কিছুর সন্ধান করছেন, যার প্রত্যাশিত ছাপ অত্যন্ত সূক্ষ্ম।

এই নকশা SuperCDMS-কে বিস্তৃত ডার্ক ম্যাটার অনুসন্ধানের মধ্যে একটি নির্দিষ্ট ভূমিকা দেয়। কিছু পরীক্ষা ভারী প্রার্থী কণার জন্য বেশি উপযোগী, বড় target mass ব্যবহার করে সফলতার সম্ভাবনা বাড়ায়। SuperCDMS বরং হালকা প্রার্থীদের ক্ষেত্রে বিশেষভাবে সংবেদনশীল হতে চায়, যেগুলো পদার্থের সঙ্গে সংঘর্ষে অনেক কম শক্তি স্থানান্তর করতে পারে। ডার্ক ম্যাটার যদি সেই হালকা পরিসরে থাকে, তবে ভারী কণার জন্য tuned একটি ডিটেক্টর সেটি পুরোপুরি মিস করতে পারে।

সাফল্য মানে কী

একটি নিশ্চিত direct detection হবে এই শতাব্দীর পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ফলগুলোর একটি। এটি ডার্ক ম্যাটারের কণা-স্বভাবের প্রথম পরীক্ষামূলক প্রমাণ দেবে এবং মহাবিশ্বের এমন একটি উপাদান বোঝার পথ খুলে দেবে, যা সাধারণ পদার্থের তুলনায় অনেক বেশি বলে মনে হয়। এমনকি null result-ও গুরুত্বপূর্ণ। আরও সম্ভাবনা বাতিল করে SuperCDMS তাত্ত্বিক মডেলগুলোকে পরিমার্জিত করতে এবং ভবিষ্যৎ পরীক্ষাগুলোকে আরও সম্ভাবনাময় দিকে নিয়ে যেতে সাহায্য করতে পারে।

এমন প্রাথমিক বিজ্ঞান মাইলফলকের বৃহত্তর গুরুত্ব এখানেই। কণাপদার্থবিজ্ঞান কেবল বড় আবিষ্কারের মাধ্যমে নয়, পদ্ধতিগত সংকোচনের মাধ্যমেও এগোয়। প্রতিটি সুপরিচালিত পরীক্ষা সতর্কভাবে নিয়ন্ত্রিত পরিবেশে কিছু অনুমান পরীক্ষা করে। সেই অনুমানগুলো ভুল প্রমাণিত হলে ক্ষেত্রটি তথ্য পায়। কোনো ডিটেক্টর যদি অপ্রত্যাশিত কিছু দেখে, তার প্রভাব হতে পারে বিশাল।

ডার্ক ম্যাটার গবেষণা যখন একদিকে পরিপক্ব, অন্যদিকে এখনও অনিশ্চিত, সেই সময়ে SuperCDMS কাজ শুরু করছে। দশকের পর দশক অনুসন্ধান ডিটেক্টরের সংবেদনশীলতা নাটকীয়ভাবে বাড়িয়েছে, কিন্তু নিশ্চিত সংকেতের অনুপস্থিতি বিজ্ঞানীদের সম্ভাবনার পরিসর আরও বিস্তৃত করতে বাধ্য করেছে। এর মধ্যে নিম্ন-ভরের প্রার্থী, বিকল্প মিথস্ক্রিয়া প্রক্রিয়া এবং আরও বিশেষায়িত ডিটেক্টর প্রযুক্তি অন্তর্ভুক্ত। তাই হালকা ডার্ক ম্যাটারের জন্য উদ্দেশ্য-নির্মিত একটি সুবিধার সূচনা কেবল প্রতিষ্ঠিত কর্মসূচির আরেকটি রান নয়। এটি ক্ষেত্রটি তার সবচেয়ে কঠিন প্রশ্নগুলোর একটিকে কীভাবে অনুসরণ করছে, সে বিষয়ে একটি কৌশলগত পরিবর্তনের অংশ।

পরের তিন বছর কোনো আবিষ্কার আনবে তার নিশ্চয়তা নেই। ডার্ক ম্যাটার এত দীর্ঘ সময় ধরে শনাক্তকরণ এড়িয়ে গেছে ঠিক এই কারণেই যে এটি পরিচিত পদার্থের সঙ্গে খুবই দুর্বলভাবে, যদি আদৌ, মিথস্ক্রিয়া করে। কিন্তু SuperCDMS-এর মতো পরীক্ষা মূল্যবান, কারণ তারা বিমূর্ত cosmological evidence-কে বাস্তব ল্যাবরেটরি পরীক্ষায় রূপান্তর করে। তারা প্রশ্ন করে, মহাবিশ্বকে আকার দেওয়া অদৃশ্য ভর পরম শূন্যের প্রান্তে ঠান্ডা করা একটি স্ফটিকে সামান্যতম চিহ্নও রেখে যেতে পারে কি না।

এখনকার জন্য, গুরুত্বটি শুরুতেই নিহিত। বছরের পর বছর নির্মাণ, শিল্ডিং কাজ ও ডিটেক্টর প্রস্তুতির পর SuperCDMS SNOLAB সে প্রক্রিয়া শুরু করেছে যার জন্য এটি তৈরি: প্রায় অদৃশ্য এক ঘটনার খোঁজে শোনা, যা সত্য হলে আমাদের মহাবিশ্ব-বোঝাপড়া বদলে দিতে পারে।

• বছরের পর বছর নির্মাণ ও সেটআপের পর SuperCDMS SNOLAB প্রাথমিক বিজ্ঞান পর্যায়ে প্রবেশ করেছে।
• ডিটেক্টরটি অতিশীতল সিলিকন ও জার্মেনিয়াম স্ফটিক ব্যবহার করে হালকা ডার্ক ম্যাটার খুঁজতে তৈরি।
• এর ভূগর্ভস্থ অবস্থান এবং superconducting sensors শব্দ কমিয়ে অত্যন্ত ক্ষীণ সংকেত ধরার জন্য পরিকল্পিত।

এই নিবন্ধটি Universe Today-এর প্রতিবেদনের ভিত্তিতে। মূল নিবন্ধটি পড়ুন.