SuperCDMS SNOLAB இலகு டார்க் மேட்டருக்கான புதிய தேடலைத் தொடங்குகிறது

கனடாவின் நிலத்தடியில் ஒரு முக்கிய டார்க் மேட்டர் கண்டறிதல் கருவி இயங்கத் தொடங்கியுள்ளது

துகளியல் இயற்பியலின் சமீபத்திய நேரடி-கண்டறிதல் பரிசோதனைகளில் ஒன்றானது அறிவியல் செயல்பாடுகளைத் தொடங்கியுள்ளது; இது டார்க் மேட்டரை அடையாளம் காணும் நீண்டகால உலகளாவிய முயற்சியில் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றமாகும். Ontario-வின் Sudbury அருகே ஆழமான நிலத்தடியில் நிறுவப்பட்டுள்ள SuperCDMS SNOLAB, திட்டம் “ஆரம்ப அறிவியல்” என விவரிக்கும் கட்டத்துக்குள் நுழைந்துள்ளது. அதாவது, கண்டறிதல் கருவிகள் இப்போது கட்டுமானம் மற்றும் செயல்திறன் சோதனை நிலையிலிருந்து விலகி, தரவைச் சேகரிக்கத் தொடங்கியுள்ளன.

செயல்பாடுகள் தொடங்குவது முக்கியமானது, ஏனெனில் டார்க் மேட்டர் நவீன இயற்பியலின் மிகப்பெரிய தீர்க்கப்படாத பிரச்சினைகளில் ஒன்றாகவே உள்ளது. விண்வியல் அறிஞர்களும் பிரபஞ்சவியல் நிபுணர்களும், விண்மீன் மண்டலங்கள் சுழலும் விதம், பிரபஞ்சம் முழுவதும் பொருள் கூட்டு சேரும் விதம், மற்றும் பெரிய அளவுகளில் ஈர்ப்பு விசை நடக்கும் விதம் ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் அதன் இருப்பை ஊகிக்கின்றனர். இருப்பினும், அந்த காணாமல் போன பருமனைக் கொண்டுள்ளதாக கருதப்படும் துகள்களை எந்தப் பரிசோதனையும் இதுவரை உறுதியாகப் பிடிக்கவில்லை. SuperCDMS SNOLAB, இதுவரை குறிப்பாக ஆராய்வது கடினமாக இருந்த அளவுரு இடத்தின் ஒரு பகுதியை நோக்கி இந்தத் தேடலை முன்னெடுக்க வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது: அதாவது, இலகு டார்க் மேட்டர்.

இந்தச் சூழலில், “இலகு” என்பது தெரியும் அல்லது ஒளி வீசும் என்பதைக் குறிக்கவில்லை. அது முன்னைய தேடல்களில் முக்கியமாக இருந்த பிற டார்க் மேட்டர் வேட்பாளர்களுடன் ஒப்பிடுகையில் குறைந்த நிறையுடையதாகக் கருதப்படும் கற்பனைத் துகள்களைச் சுட்டுகிறது. அந்த இலகுவான துகள்கள் வழக்கமான பொருளுடன் மிக மிகச் சிறிய அளவிலேயே தொடர்பு கொள்ளும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது; அவை உருவாக்கும் சிக்னல்கள் மிகவும் மங்கலாக இருப்பதால், அவற்றைக் காணும் எந்த வாய்ப்பையும் பெற, பரிசோதனைகள் கடும் கவசப்படுத்தல், மிகக் குறைந்த வெப்பநிலை நிலைகள், மற்றும் மிக உணர்திறன் மிக்க வாசிப்பு அமைப்புகளை இணைக்க வேண்டியுள்ளது.

ஏன் SNOLAB, ஏன் இப்போது

SuperCDMS SNOLAB, 2018 முதல் முன்பிருந்த வடிவமைப்பு பணிகளைத் தொடர்ந்து செயலில் கட்டப்பட்டு வந்துள்ளது. அதன் புதிய செயல்பாட்டு கட்டம், பரிசோதனை தயாரிப்பிலிருந்து அளவீட்டுக்குத் தாவியுள்ள ஒரு முக்கிய எல்லையை அது கடந்துவிட்டதை குறிக்கிறது. தொடக்கத் திட்டம் மூன்று ஆண்டுகள் இயங்குவதாகும்; செயல்பாடுகள் நன்றாகச் சென்றால் அந்த காலவரையறையை நீட்டிக்கும் வாய்ப்பும் உள்ளது. நடைமுறையில், “நன்றாகச் செல்கிறது” என்பதன் பொருள், கண்டறிதல் கருவிகள் நிலைத்திருக்க வேண்டும், பின்னணி சிக்னல்கள் குறைவாக இருக்க வேண்டும், மேலும் இலகு டார்க் மேட்டரின் மாதிரிகளை முந்தையதைவிட அதிக உணர்திறனுடன் சோதிக்கப் போதுமான தூய தரவை கூட்டணி சேகரிக்க வேண்டும் என்பதாகும்.

இந்தப் பரிசோதனை, Sudbury-க்கு அருகிலுள்ள Vale Creighton சுரங்கத்திற்குள் அமைந்துள்ள SNOLAB-இல், நிலத்தடியில் சுமார் 1.6 கிலோமீட்டர் ஆழத்தில் உள்ளது. அந்த இடம் சற்றும் தற்செயலானதல்ல. டார்க் மேட்டர் கண்டறிதல் கருவிகள், அவை தேடுகின்ற மிகச் சிறிய சிக்னல்களைப் போல ஒத்துப் போகக்கூடிய விண்கதிர்கள் மற்றும் பிற கதிர்வீச்சு மூலங்களிலிருந்து பாதுகாக்க, நிலத்தின் ஆழத்தில் வைக்கப்படுகின்றன. பரிசோதனை எவ்வளவு ஆழத்தில் இருக்கிறதோ, அதற்குத் சுற்றியுள்ள பாறைகள் வெளிப்புற உலகிலிருந்து வரும் குறுக்கீடுகளைத் தடுக்க அதற்குத் துணைபுரியும்.

அந்த நிலத்தடி சூழல் உயர்தர டார்க் மேட்டர் தேடல்களில் ஒரு வழக்கமான அம்சமாகும். ஆனால் SuperCDMS, பூஜ்யப் பகுதியை நெருங்கும் வெப்பநிலைகளில் இயங்குவதன் மூலம் கூடுதல் தொழில்நுட்ப சிக்கலை சேர்க்கிறது. பரிசோதனை தேடும் சிறிய ஆற்றல் படிதல்கள் வெப்ப இரைச்சலில் மறைந்து போகாமல் இருக்க, இந்த அதீத குளிர்ச்சி அவசியமாகிறது. வெப்பமான ஒரு கண்டறிதல் கருவி, அது கேட்க முயலும் மெல்லிய குரலை effectively மூழ்கடித்துவிடும்.

கண்டறிதல் கருவி எப்படி செயல்படுகிறது

இந்தப் பரிசோதனையின் மையத்தில், ஹாக்கி பக் அளவிற்கு ஒத்த, சிலிகான் மற்றும் ஜெர்மேனியம் ஆகியவற்றால் செய்யப்பட்ட 24 மிகத் தூய்மைப்படுத்தப்பட்ட கிரிஸ்டல்கள் உள்ளன. ஒரு டார்க் மேட்டர் துகள் இக்கிரிஸ்டல்களில் ஒன்றை மோதினால், அது இரண்டு விதமான விளைவுகளை உருவாக்கலாம்: ஒரு phonon, அதாவது கிரிஸ்டல் lattice-இல் ஏற்படும் மிகச் சிறிய அதிர்வு, மற்றும் மிக மெல்லிய ஒரு மின்சார சிக்னல். இவ்விரண்டையும் கண்டறிதல், ஒரு சாத்தியமான துகள் தொடர்பை சாதாரண பின்னணி நிகழ்வுகளிலிருந்து வேறுபடுத்த விஞ்ஞானிகளுக்கு உதவுகிறது.

அந்த சிக்னல்களைப் பதிவு செய்ய, ஒவ்வொரு கிரிஸ்டலும் சூப்பர்கண்டக்டிங் சென்சார்களால் அமைக்கப்பட்டுள்ளது. சூப்பர்கண்டக்டிவிட்டியைப் பராமரிக்கவும், மிகச் சிறிய இடையூறுகளுக்குக் கூட கண்டறிதல் கருவி பதிலளிக்கவும், இச்சென்சார்களும் அதீதக் குளிர்நிலையிலேயே வைக்கப்பட வேண்டும். ஆகவே முழு அமைப்பும், குழப்பம் ஏற்படுத்தக்கூடிய ஒவ்வொரு சாத்திய மூலத்தையும் குறைப்பதற்கான ஒரு பயிற்சியாக அமைகிறது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் வெறும் அரிதான ஒன்றையே தேடவில்லை; அவர்கள் எதிர்பார்க்கப்படும் அதன் பதிவே மிக மெல்லியதாக இருக்கும் ஒன்றையே தேடுகின்றனர்.

இந்த வடிவமைப்பு, விரிவான டார்க் மேட்டர் தேடல் நிலைப்பாட்டில் SuperCDMS-க்கு ஒரு குறிப்பிட்ட பங்கை அளிக்கிறது. சில பரிசோதனைகள் அதிக நிறையுடைய வேட்பாளர் துகள்களுக்கு சிறப்பாக ஒத்திசைக்கப்பட்டுள்ளன; தங்கள் வாய்ப்பை உயர்த்த பெரிய இலக்கு நிறைகளை அவை நம்புகின்றன. அதற்கு மாறாக, SuperCDMS, பொருளுடன் மோதும் போது மிகக் குறைந்த ஆற்றலை மட்டுமே மாற்றக்கூடிய இலகுவான வேட்பாளர்களுக்கு குறிப்பாக உணர்திறன் மிக்கதாக மாறுவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது. டார்க் மேட்டர் அந்த இலகு வரம்பில் இருந்தால், கனமான துகள்களுக்கு ஒத்திசைக்கப்பட்ட ஒரு கண்டறிதல் கருவி அதை முற்றிலும் தவறவிடக்கூடும்.

வெற்றி என்ன பொருள்படும்

உறுதிப்படுத்தப்பட்ட நேரடி கண்டறிதல், இந்த நூற்றாண்டில் இயற்பியலின் மிக முக்கியமான முடிவுகளில் ஒன்றாக இருக்கும். அது டார்க் மேட்டரின் துகள்மயமான இயல்புக்கான முதல் பரிசோதனை ஆதாரத்தை வழங்கி, சாதாரண பொருளைவிட பிரபஞ்சத்தில் குறிப்பிடத்தக்க அளவில் அதிக எடையைக் கொண்டதாகத் தெரியும் ஒரு கூறைப் புரிந்துகொள்ளும் பாதையைத் திறக்கும். எதிர்மறை முடிவும் முக்கியமானதே. மேலும் சாத்தியங்களைக் குறைத்து வைத்து, SuperCDMS கோட்பாட்டு மாதிரிகளை நுட்பமாக்கவும், எதிர்காலப் பரிசோதனைகளை அதிக நம்பிக்கை தரும் திசைகளுக்கு வழிநடத்தவும் உதவும்.

இந்தப் போன்ற ஆரம்ப அறிவியல் மைல்கற்களின் பரந்த முக்கியத்துவமும் இதுவே. துகளியல் இயற்பியல் பெரிய கண்டுபிடிப்புகளால் மட்டுமல்ல, முறைப்படியான சுருக்கத்தின் மூலமும் முன்னேறுகிறது. நன்றாக இயக்கப்படும் ஒவ்வொரு பரிசோதனையும், கவனமாகக் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட நிலைகளில் ஒரு குறிப்பிட்ட கருதுகோள்களைச் சோதிக்கிறது. அவை தோல்வியுற்றால், அந்தத் துறைக்கு புதிய தகவல் கிடைக்கிறது. ஒரு கண்டறிதல் கருவி எதிர்பாராத ஒன்றைக் கண்டால், அதன் தாக்கம் பெரிதாக இருக்கலாம்.

டார்க் மேட்டர் ஆராய்ச்சி ஒருபுறம் முதிர்ச்சியடைந்த நிலையில், மறுபுறம் இன்னும் நிலைபெறாத நிலையில் இருக்கும் ஒரு காலகட்டத்தில் SuperCDMS தனது செயல்பாடுகளைத் தொடங்குகிறது. பல தசாப்தங்களாக நடந்த தேடல்கள் கண்டறிதல் உணர்திறனை குறிப்பிடத்தக்க அளவில் மேம்படுத்தியுள்ளன; ஆனால் உறுதியான சிக்னல் எதுவும் இல்லாததால், விஞ்ஞானிகள் சாத்தியமான வரம்புகளை விரிவுபடுத்த வேண்டிய நிலைக்கு தள்ளப்பட்டுள்ளனர். அதில் குறைந்த நிறை உடைய வேட்பாளர்கள், மாற்று தொடர்பு இயங்குதந்திரங்கள், மற்றும் மேலும் சிறப்பு வாய்ந்த கண்டறிதல் தொழில்நுட்பங்கள் அடங்கும். எனவே, இலகு டார்க் மேட்டருக்காகவே உருவாக்கப்பட்ட ஒரு நிலையத்தின் தொடக்கம், நிலைபெற்ற ஒரு திட்டத்தில் இன்னொரு ஓட்டம் மட்டும் அல்ல. இது, துறையானது அதன் மிகக் கடினமான கேள்விகளில் ஒன்றை எவ்வாறு அணுகுகிறது என்பதில் நடைபெறும் ஒரு மூலோபாய மாற்றத்தின் பகுதியாகும்.

அடுத்த மூன்று ஆண்டுகள் ஒரு கண்டுபிடிப்பைத் தரும் என்பதற்கான உத்தரவாதம் இல்லை. அறிமுகமான பொருளுடன், அல்லது அதனுடன் எந்தச் சம்பந்தமும் இல்லாமல், மிகச் சிறிய அளவிலேயே தொடர்பு கொள்கிறது போலத் தோன்றுவதால் தான் டார்க் மேட்டர் இவ்வளவு நீண்ட காலமாகக் கண்டறியப்படாமல் தப்பித்து வந்துள்ளது. ஆனால் SuperCDMS போன்ற பரிசோதனைகள் மதிப்புடையவை, ஏனெனில் அவை அஸ்திவாரமான விண்வியல் ஆதாரங்களை நடைமுறை ஆய்வக சோதனையாக மாற்றுகின்றன. அவை, பிரபஞ்சத்தை வடிவமைக்கும் காணாத பருமன், பூஜ்யப் பகுதியின் எல்லை வரை குளிர்த்தப்பட்ட ஒரு கிரிஸ்டலில் மிக மெல்லிய தடயமாவது பதிக்குமா என்று கேட்கின்றன.

இப்போது, அதன் முக்கியத்துவம் தொடக்கத்தில்தான் இருக்கிறது. பல ஆண்டுகளான கட்டுமானம், கவசப்படுத்தும் பணிகள், மற்றும் கண்டறிதல் கருவி தயாரிப்பு ஆகியவற்றுக்குப் பிறகு, SuperCDMS SNOLAB அது உருவாக்கப்பட்ட நோக்கத்தை நிறைவேற்றும் செயல்முறையைத் தொடங்கியுள்ளது: அது உண்மையெனில், பிரபஞ்சத்தைப் பற்றிய நமது புரிதலை மாற்றக்கூடிய, கணிக்கவே முடியாத அளவுக்குச் சின்ன ஒரு நிகழ்வைத் தேடிக் கேட்பது.

• SuperCDMS SNOLAB, பல ஆண்டுகளான கட்டுமானம் மற்றும் அமைப்பிற்குப் பிறகு ஆரம்ப அறிவியல் கட்டத்தில் நுழைந்துள்ளது.
• இந்தக் கண்டறிதல் கருவி மிகக் குளிர்ந்த சிலிகான் மற்றும் ஜெர்மேனியம் கிரிஸ்டல்கள் மூலம் இலகு டார்க் மேட்டரைத் தேட வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது.
• அதன் நிலத்தடி இடமும் சூப்பர்கண்டக்டிங் சென்சார்களும் இரைச்சலைக் குறைத்து, மிக மங்கலான சிக்னல்களைப் பிடிப்பதற்காக உள்ளன.

இந்தக் கட்டுரை Universe Today-ன் செய்தியறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. அசல் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.