SuperCDMS SNOLAB తేలికపాటి డార్క్ మ్యాటర్ కోసం కొత్త అన్వేషణను ప్రారంభించింది

కెనడాలో భూగర్భంలో ఒక ప్రధాన డార్క్ మ్యాటర్ డిటెక్టర్ పని ప్రారంభించింది

కణ భౌతికశాస్త్రంలో ఇటీవల ప్రారంభమైన ప్రత్యక్ష-గుర్తింపు ప్రయోగాల్లో ఒకటి శాస్త్రీయ కార్యకలాపాలను మొదలుపెట్టింది, డార్క్ మ్యాటర్‌ను గుర్తించే దీర్ఘకాలిక ప్రపంచ ప్రయత్నంలో ఒక గమనార్హ దశను సూచిస్తూ. ఒంటారియోలోని సడ్బరీ సమీపంలో లోతైన భూగర్భంలో ఏర్పాటు చేసిన SuperCDMS SNOLAB, ప్రాజెక్ట్ “ప్రారంభ శాస్త్రం”గా వర్ణించే దశలోకి ప్రవేశించింది; అంటే, డిటెక్టర్లు ఇక నిర్మాణం మరియు కమిషనింగ్ మోడ్‌లో కాకుండా డేటాను సేకరిస్తున్నాయి.

కార్యకలాపాల ప్రారంభం ముఖ్యం, ఎందుకంటే డార్క్ మ్యాటర్ ఆధునిక భౌతికశాస్త్రంలో అతిపెద్దగా పరిష్కారం కాని సమస్యలలో ఒకటి. ఆకాశ శాస్త్రవేత్తలు మరియు విశ్వశాస్త్రవేత్తలు, గెలాక్సీలు ఎలా తిరుగుతున్నాయి, విశ్వమంతటా పదార్థం ఎలా గుంపులుగా ఏర్పడుతోంది, పెద్ద స్థాయిలో గురుత్వాకర్షణ ఎలా ప్రవర్తిస్తోంది అనే ఆధారంగా దాని ఉనికిని ఊహిస్తారు. అయినప్పటికీ, ఆ కోల్పోయిన ద్రవ్యరాశిని రూపొందిస్తాయని భావించే కణాలను ఏ ప్రయోగమూ ఖచ్చితంగా పట్టుకోలేదు. SuperCDMS SNOLAB, ముఖ్యంగా పరీక్షించడం చాలా కష్టమైన “తేలికపాటి” డార్క్ మ్యాటర్ అనే పరామితి స్థలంలోని భాగాన్ని లక్ష్యంగా చేసుకుని ఈ అన్వేషణను ముందుకు నెట్టేందుకు రూపొందించబడింది.

ఈ సందర్భంలో, “తేలికపాటి” అంటే కనిపించేది లేదా ప్రకాశించేది కాదు. ఇది గత అన్వేషణల్లో ప్రధానంగా ఉన్న ఇతర డార్క్ మ్యాటర్ అభ్యర్థులతో పోలిస్తే తక్కువ ద్రవ్యరాశి కలిగిన సైవన్య కణాలను సూచిస్తుంది. అలాంటి తేలికపాటి కణాలు సాధారణ పదార్థంతో అత్యంత బలహీనంగా మాత్రమే పరస్పరచర్య చేస్తాయని అంచనా, అందువల్ల అవి ఉత్పత్తి చేసే సంకేతాలు అంతగా మసకగా ఉంటాయి కాబట్టి, వాటిని చూడటానికి ప్రయోగాలు తీవ్ర రక్షణ, అతి చల్లని పరిస్థితులు మరియు అత్యంత సున్నితమైన రీడ్‌అవుట్ వ్యవస్థలను కలపాలి.

ఎందుకు SNOLAB, ఎందుకు ఇప్పుడే

SuperCDMS SNOLAB, 2018 నుండి ముందు జరిగిన డిజైన్ పనిని అనుసరించి క్రియాశీల నిర్మాణంలో ఉంది. దాని కొత్త ఆపరేటింగ్ దశ అంటే, ప్రయోగం సిద్ధత నుంచి కొలతకు ఒక కీలక మైలురాయిని దాటిందని అర్థం. మొదటి ప్రణాళిక ప్రకారం ఇది మూడు సంవత్సరాలు నడుస్తుంది; కార్యకలాపాలు బాగా సాగితే ఆ కాలాన్ని పొడిగించే అవకాశం ఉంది. ప్రాక్టికల్‌గా, “బాగా సాగడం” అంటే డిటెక్టర్లు స్థిరంగా ఉండడం, బ్యాక్‌గ్రౌండ్లు తక్కువగా ఉండడం, మరియు సహకారం తేలికపాటి డార్క్ మ్యాటర్ మోడళ్లను మునుపెన్నడూ లేని సున్నితత్వంతో పరీక్షించడానికి సరిపడా శుభ్రమైన డేటాను సేకరించడం.

ఈ ప్రయోగం Vale Creighton గనిలోని SNOLABలో, సుమారు 1.6 కిలోమీటర్ల భూగర్భంలో ఉంది. ఆ స్థానం అనుకోకుండా ఎంచుకోలేదు. డార్క్ మ్యాటర్ డిటెక్టర్లు భూమి ఉపరితలం కిందకి తీసుకెళ్లబడతాయి, ఎందుకంటే పరిశోధకులు వేరుచేయాలని ప్రయత్నిస్తున్న సూక్ష్మ సంకేతాలను అనుకరించగల కాస్మిక్ రేలు మరియు ఇతర వికిరణ వనరుల నుంచి రక్షణ అవసరం. ప్రయోగం ఎంత లోతులో ఉంటే, చుట్టూ ఉన్న రాయి బయటి ప్రపంచం నుండి వచ్చే అంతరాయాన్ని అంతగా అణిచివేయగలదు.

ఆ భూగర్భ వాతావరణం అగ్రశ్రేణి డార్క్ మ్యాటర్ అన్వేషణలలో సాధారణ లక్షణమే, కానీ SuperCDMS సంపూర్ణ శూన్యానికి సమీపమైన ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పని చేయడం ద్వారా మరొక సాంకేతిక కష్టతరతను జోడిస్తుంది. ఈ అతి-చల్లదనం అవసరం, ఎందుకంటే ప్రయోగం లేకపోతే ఉష్ణ శబ్దంలో కనుమరుగయ్యే సూక్ష్మ శక్తి జమలను వెతుకుతుంది. వేడిగా ఉన్న డిటెక్టర్, అది వినాలని ప్రయత్నిస్తున్న గుసగుసను వాస్తవంగా మింగేసేలా చేస్తుంది.

డిటెక్టర్ ఎలా పనిచేస్తుంది

ఈ ప్రయోగం గుండెల్లో సిలికాన్ మరియు జర్మేనియంతో తయారైన 24 అతి-శుద్ధి చేసిన స్ఫటికాలు ఉన్నాయి, ప్రతి ఒక్కటి హాకీ పక్ పరిమాణంలో ఉంటుంది. ఒక డార్క్ మ్యాటర్ కణం ఈ స్ఫటికాలలో ఒకదాన్ని ఢీకొంటే, అది రెండు రకాల ప్రభావాలను ఉత్పత్తి చేయగలదు: ఒక phonon, అంటే స్ఫటిక జాలకంలో చిన్న కంపనం, మరియు చాలా మసకబారిన విద్యుత్ సంకేతం. రెండింటినీ గుర్తించడం, సాధ్యమైన కణ పరస్పరచర్యను సాధారణ నేపథ్య ఘటనల నుండి శాస్త్రవేత్తలు వేరు చేయడానికి సహాయపడుతుంది.

ఆ సంకేతాలను నమోదు చేయడానికి, ప్రతి స్ఫటికం superconducting sensorsతో అమర్చబడింది. superconductivity కొనసాగేందుకు, మరియు డిటెక్టర్ చాలా చిన్న అంతరాయాలకు స్పందించేందుకు, ఈ సెన్సర్లు కూడా అత్యంత చల్లగా ఉంచబడాలి. అందువల్ల మొత్తం వ్యవస్థ గందరగోళానికి దారితీసే ప్రతి సాధ్యమైన మూలాన్ని తగ్గించే వ్యాయామంలా ఉంటుంది. పరిశోధకులు కేవలం అరుదైనదాన్ని వెతకడం కాదు; అంచనా వేసిన ముద్ర కూడా అంతగా స్వల్పంగా ఉండే దానిని వెతుకుతున్నారు.

ఆ రూపకల్పన SuperCDMS కు విస్తృత డార్క్ మ్యాటర్ అన్వేషణ పరిధిలో ప్రత్యేక పాత్రను ఇస్తుంది. కొన్ని ప్రయోగాలు భారీ అభ్యర్థి కణాలకు అనుకూలంగా ఉంటాయి, పెద్ద లక్ష్య ద్రవ్యరాశులను ఆధారంగా చేసుకుని విజయావకాశాన్ని పెంచుతాయి. దానికి భిన్నంగా, SuperCDMS తేలికపాటి అభ్యర్థుల పట్ల ప్రత్యేకంగా సున్నితంగా మారాలని లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది, ఎందుకంటే అవి పదార్థంతో ఢీకొన్నప్పుడు చాలా తక్కువ శక్తిని మాత్రమే బదిలీ చేయవచ్చు. డార్క్ మ్యాటర్ ఆ తేలికపాటి పరిధిలో ఉంటే, భారీ కణాల కోసం సర్దుబాటు చేసిన డిటెక్టర్ దానిని పూర్తిగా మిస్ కావచ్చు.

విజయం అంటే ఏమిటి

నిర్ధారిత ప్రత్యక్ష గుర్తింపు ఈ శతాబ్దంలో భౌతికశాస్త్రంలో అత్యంత ముఖ్యమైన ఫలితాలలో ఒకటిగా ఉంటుంది. అది డార్క్ మ్యాటర్ యొక్క కణ స్వభావానికి తొలి ప్రయోగాత్మక ఆధారాన్ని అందించి, సాధారణ పదార్థాన్ని చాలా పెద్ద తేడాతో మించి ఉన్నట్టు కనిపించే విశ్వంలోని ఒక భాగాన్ని అర్థం చేసుకునే మార్గాన్ని తెరుస్తుంది. ఒక శూన్య ఫలితమూ ముఖ్యమే. మరిన్ని అవకాశాలను తొలగించడం ద్వారా, SuperCDMS సిద్ధాంత మోడళ్లను మెరుగుపరచడంలో మరియు భవిష్యత్ ప్రయోగాలను మరింత ఆశాజనకమైన ప్రాంతాల వైపు నడిపించడంలో సహాయపడుతుంది.

ఇలాంటి ప్రారంభ శాస్త్ర మైలురాళ్ల విస్తృత ప్రాముఖ్యత అదే. కణ భౌతికశాస్త్రం సంచలనాత్మక ఆవిష్కరణల ద్వారానే కాదు, పద్ధతిగా పరిమితం చేయడం ద్వారానూ ముందుకు సాగుతుంది. ప్రతి బాగా నడిపే ప్రయోగం జాగ్రత్తగా నియంత్రిత పరిస్థితుల్లో ఒక సమూహ అంచనాలను పరీక్షిస్తుంది. ఆ అంచనాలు విఫలమైనప్పుడు, రంగానికి సమాచారం లభిస్తుంది. ఒక డిటెక్టర్ అనుకోని దాన్ని గుర్తించినప్పుడు, దాని ప్రభావం విస్తారంగా ఉండొచ్చు.

డార్క్ మ్యాటర్ పరిశోధన ఒకవైపు పరిపక్వంగా, మరోవైపు ఇంకా అస్థిరంగా ఉన్న సమయంలో SuperCDMS కార్యకలాపాలను ప్రారంభిస్తోంది. దశాబ్దాల అన్వేషణ డిటెక్టర్ సున్నితత్వాన్ని గణనీయంగా మెరుగుపరిచింది, కానీ ఖచ్చితమైన సంకేతం లేకపోవడం శాస్త్రవేత్తలను సంభావ్య అవకాశాల పరిధిని విస్తరించడానికి బలవంతం చేసింది. ఇందులో తక్కువ ద్రవ్యరాశి అభ్యర్థులు, ప్రత్యామ్నాయ పరస్పరచర్య పద్ధతులు, మరియు మరింత ప్రత్యేక డిటెక్టర్ సాంకేతికతలు ఉన్నాయి. తేలికపాటి డార్క్ మ్యాటర్ కోసం ప్రత్యేకంగా రూపొందించిన సదుపాయ ప్రారంభం, కేవలం ఒక స్థాపిత కార్యక్రమంలోని మరొక రన్ కాదు. అది రంగం తన కష్టతరమైన ప్రశ్నలలో ఒకదాన్ని ఎలా అన్వేషిస్తోంది అన్నదానిలో వ్యూహాత్మక మార్పులో భాగం.

తదుపరి మూడు సంవత్సరాలు ఆవిష్కరణను ఇస్తాయని హామీ లేదు. పరిచిత పదార్థంతో అది అత్యంత బలహీనంగా, లేక అసలు, పరస్పరచర్య చేస్తుందనుకుంటే, డార్క్ మ్యాటర్ ఇంతకాలం గుర్తించబడకుండా ఉండడం ఆశ్చర్యం కాదు. కానీ SuperCDMS వంటి ప్రయోగాలు విలువైనవి, ఎందుకంటే అవి సారాంశాత్మక విశ్వశాస్త్రీయ ఆధారాలను స్పష్టమైన ప్రయోగశాల పరీక్షగా మారుస్తాయి. సంపూర్ణ శూన్యానికి అంచున చల్లబరచబడిన స్ఫటికంలో విశ్వాన్ని ఆకృతీకరిస్తున్న కనిపించని ద్రవ్యరాశి కనీసం అతి మసకబారిన ఆనవాలు అయినా వదిలివేయగలదా అని అవి ప్రశ్నిస్తాయి.

ఇప్పటికి, ప్రాముఖ్యత ఆరంభంలోనే ఉంది. సంవత్సరాల నిర్మాణం, షీల్డింగ్ పని, మరియు డిటెక్టర్ సిద్ధత తర్వాత, SuperCDMS SNOLAB అది నిర్మించబడిన పనిని మొదలుపెట్టింది: నిజమైతే, విశ్వం గురించి మన అవగాహనను తిరిగి ఆకృతీకరించగల దాదాపు గుర్తించలేని ఒక ఘటనను వినడం.

• సంవత్సరాల నిర్మాణం మరియు సెటప్ తర్వాత SuperCDMS SNOLAB ప్రారంభ శాస్త్రీయ కార్యకలాపాల్లోకి ప్రవేశించింది.
• ఈ డిటెక్టర్ అతి-చల్లని సిలికాన్ మరియు జర్మేనియం స్ఫటికాలతో తేలికపాటి డార్క్ మ్యాటర్‌ను అన్వేషించడానికి రూపొందించబడింది.
• దాని భూగర్భ స్థానం మరియు superconducting sensors శబ్దాన్ని తగ్గించి, అత్యంత మసక సంకేతాలను పట్టుకోవడానికి ఉద్దేశించబడ్డాయి.

ఈ వ్యాసం Universe Today ఇచ్చిన నివేదిక ఆధారంగా ఉంది. మూల వ్యాసాన్ని చదవండి.