خب رفقا، بیاین با یه داستان جالب از دنیای فیزیک ذرهای شروع کنیم. اگه اهل فضا و رازهای عجیب هستین، این خیلی باحاله: یه گروه خفن از دانشمندها، با پیشرفتهترین تجهیزات، توی اعماق زمین تو داکوتای جنوبی (آره، واقعاً یه مایل زیر زمین!) دنبال جواب یکی از بزرگترین اسرار کیهان گشتن: ماده تاریک! ماده تاریک یه چیزی عجیبه که فکر میکنن بیشتر جرم جهان رو ساخته، ولی هیچکی هنوز ندیده واقعاً چیه یا کجاست!
اسم پروژهشون LUX-ZEPLIN یا به اختصار LZ بود. این یارو، رکورد بیشترین داده رو تو نوع خودش جمع کرده و اومده بوده ببینه واقعاً میتونیم بالاخره ردی از این ماده مخفی بگیریم یا نه. فقط نکته اینه که دقیقاً هیچ اثری هم پیدا نکردن! اما خب همینم یه جور خبر خوبه، چون باعث میشه آزمایشهای بعدی اشتباه نکنن و راحتتر بتونن فرق ماده تاریک با چیزهای دیگه رو بفهمن.
رییس تیم — پروفسور “ریک گیتسکل” — میگه این پروژه مثل اینه که داری دنبال یه تیکه خیلی بزرگی از پازل دنیا میگردی که هیچکس تا حالا نتونسته پیداش کنه.
دانشمندها دو هدف اصلی داشتن: یکیش پیدا کردن خاصیتهای یه سری از ذرهها به اسم WIMPs (یعنی «ذرات سنگین که خیلی ضعیف با چیزا تعامل میکنن»؛ کلاً اینا رو به عنوان کاندیدای اصلی ماده تاریک درنظر میگیرن)، و یکی دیگه هم تشخیص نوترینوهای خورشیدی (نوترینوها یعنی ذرههای فوقالعاده ریز و تقریباً بیوزن که توی واکنشهای هستهای خورشید ساخته میشن).
کلاً داستان از این قراره: یه کپسول خیلی بزرگ که پرش کردن از زنون مایع (گاز زنون رو تا دمای خیلی پایین سرد میکنن و مایع میشه)، گذاشتن زیر زمین. هر وقت یه ذره از نوع WIMP یا نوترینو میخوره به این زنون، یه جرقه نور خیلی کوچیک و چندتا الکترون (همون ذرات با بار مثبت) درست میشه. دانشمندها کلی صبر کردن (۴۱۷ روز آزمایش مداوم بین مارچ ۲۰۲۳ تا آوریل ۲۰۲۵!) تا یه اتفاق خاص بیفته.
در مورد نوترینوها، دانشمندها تونستن با دقت بیشتری مطمئن شن که یه نوع خاص از نوترینو خورشیدی به اسم بور-۸ (Boron-8) واقعاً با اون زنون برخورد میکنه. این خیلی عالیه چون جلوی اشتباه گرفتن سیگنالهای مختلف رو میگیره. اونا حتی به سطح اطمینان ۴.۵ سیگما رسیدن. این یعنی احتمال اینکه نتیجه فقط تصادفی بوده باشه واقعاً پایینه (این عدد «سیگما» یه جور استاندارد توی فیزیکه که نشون میده یه کشف چقدر قابل اعتماده؛ معمولاً ۵ سیگما یعنی کشف واقعی!). پارسال دو تا آزمایش دیگه بودن که زیر ۳ سیگما اومده بودن، پس این کلی پیشرفته!
ولی از اون طرف، به اصل ماجرا که همون شکار WIMPsهای کم جرم بود، نرسیدن. یعنی هیچ امضای خاصی از برخورد این ذرهها با هستههای زنون ندیدن. اگه WIMP وارد عمل میشد، برخوردش با هسته زنون باید باعث میشد که انرژی عجیبی آزاد بشه که مدلها میگن امضاش یه شکلی خاص داره. اینو هم بدونین: توی این آزمایش دنبال «برخورد همدوس» بودن؛ یعنی اتفاقی که کل هسته اتم با هم به لرزه دربیاد! ولی خب، خبری نشد.
پس چی؟ پروژه تموم شد؟ نه! قراره از سال ۲۰۲۸ یه دور دیگه آزمایش رو انجام بدن و این بار میخوان هزار روز پشت سر هم داده جمع کنن! اینطوری احتمال دیدن اتفاقات خیلی کمیاب مثل نوترینوهای عجیب یا شاید حتی خود ماده تاریک، بیشتر میشه. تازه دنبال نشونههای دیگهای هم میگردن که شاید کل مدل استاندارد فیزیک ذرات (همون تئوریای که الان داریم بر اساسش همهچی رو توضیح میدیم) رو به چالش بکشه!
یه نتیجه باحال دیگه اینه که علم فقط وقتیه که چیزی رو پیدا کنی نیس! گاهیه که هیچی پیدا نمیکنی هم کلی چیز یاد میگیری. ریک گیتسکل، که خودش بالای چهل ساله دنبال ماده تاریکه، میگه طبیعت همیشه دوست نداره راهی رو بره که ما فکر میکنیم «خیلی خوشگله و باید درست باشه». چون همیشه شگفتیها همین جاها پنهانه!
خلاصه: هنوز ماده تاریک رو ندیدن، اما این سفر باعث شد کلی چیز جدید درباره نوترینوها و نحوه فیلتر کردن سیگنالها یاد بگیرن. و البته ماجرا هنوز ادامه داره؛ چون وقتی با این حجم خلاقیت و سماجت دانشمندها طرف باشیم، دیر یا زود چیزای هیجانانگیزتری کشف میشه!
منبع: +
