بریتانیا سردترین آشکارسازهای کوانتومی جهان را برای کشف رمز و رازهای ماده تاریک ساخت
همکاری بین محققان دانشگاه‌های متعدد در بریتانیا سردترین آشکارسازهای کوانتومی جهان را برای شناسایی ماده تاریک ساخته است. این آشکارسازها در دماهایی در حدود یک ده هزارم درجه بالاتر از صفر مطلق کار می‌کنند و یکی از نمونه‌ها در نمایشگاه علوم تابستانه رویال سوسایتی به نمایش گذاشته می‌شود.
حدود 80 درصد از ماده جهان تاریک است، اما تلاش‌ها برای شناسایی آن تاکنون ناکام مانده است. «هنگامی که جی‌جی تامسون الکترون را کشف کرد، هیچ‌کس نمی‌توانست تأثیر و کاربرد آن را در زندگی ما تصور کند»، مایکل تامسون، مدرس فیزیک ماده چگال تجربی در دانشگاه لنکستر، بریتانیا، به مهندسی جذاب در یک ایمیل گفت.
«ما تقریباً هیچ چیز در مورد ماده تاریک نمی‌دانیم، بنابراین نمی‌دانیم چگونه یا آیا می‌توان از آن در زندگی روزمره استفاده کرد، اما کشف آن به اندازه کشف امواج گرانشی یا بوزون هیگز و حتی الکترون مهم خواهد بود.»
تامسون و همکارانش به همراه محققان دانشگاه آکسفورد، رویال هالووی و دانشگاه لندن، سردترین آشکارسازهای کوانتومی جهان را برای مشاهده ماده مرموز در آزمایشگاه می‌سازند.
چگونه سردترین آشکارسازهای کوانتومی جهان را می‌سازیم؟
فیزیک ذرات پیشنهاد می‌کند که دو کاندیدای محتمل برای ماده تاریک وجود دارند: ذرات مشابه موج که آکسیون‌ها هستند و ذرات جدیدی که تعاملاتشان آنقدر ضعیف است که مشاهده نکرده‌ایم. پژوهشگران قصد دارند هر دو کاندیدا را با آشکارسازهای خود مشاهده کنند.
برای این کار، پژوهشگران سه نمونه آشکارساز در دانشگاه لنکستر با استفاده از یخچال‌های با دمای بسیار پایین ساخته شده در دهه‌های 1980 و 1990 ساخته‌اند— یخچال‌هایی که می‌توانند هر چیزی را با استفاده از هلیوم-3 به صفر مطلق خنک کنند.
«خنک کردن یک ماده به پایین‌ترین دما یک فرآیند طولانی، پیچیده و دشوار است: کوچک‌ترین ارتعاش یا ضعیف‌ترین موج الکترومغناطیسی می‌تواند به راحتی دستگاه تجربی شما را گرم کرده و تلاش‌های شما را بی‌نتیجه کند»، تامسون در ایمیلى به آی‌ای اضافه کرد. «این‌جا، جداسازی از محیط بسیار مهم است و ما در این کار بسیار ماهر هستیم.»
مهندسی جذاب قبلاً گزارش داده که چگونه تیم لگوها را به دماهای نزدیک به صفر مطلق خنک کرده است.
«به طور تصادفی، هلیوم-3 هدف بسیار مناسبی برای تعاملات با ذرات فرضی ماده تاریک سبک است، زیرا یکی از سبک‌ترین عناصر است. ما از خاصیت‌های کوانتومی آن برای تقویت سیگنال‌های کوچک از برخورد با ذرات مختلف استفاده می‌کنیم»، تامسون روند شناسایی ماده تاریک را توضیح داد. «روزی یکی از این برخوردها می‌تواند برخوردی با یک ذره ماده تاریک باشد!»
آشکارساز کوانتومی برای عموم
به طور سنتی، چنین آشکارسازهایی پشت درهای بسته مؤسسات دانشگاهی قرار دارند و از دسترس عموم دور هستند. با این حال، تامسون و همکارانش یک آشکارساز برای عملیات در رویال هالووی، دانشگاه لندن ساخته‌اند که برای عموم قابل دسترسی خواهد بود و در نمایشگاه علوم تابستانه موجود است.
پژوهشگران اطمینان حاصل کرده‌اند که نمایشگاه بسیار عمل‌باز است و تیم می‌تواند برخی از این مفاهیم پیچیده را به صورت نمایش‌های آسان‌فهم توضیح دهد.
«ما می‌خواهیم این موضوع را به نمایشگاه ببریم زیرا یک موضوع پیچیده است. در حالی که انتظار نداریم بازدیدکنندگان بعد از بازدید از نمایشگاه ما کارشناسان شوند، امیدواریم همه چیز جدیدی یاد بگیرند و در عین حال لذت ببرند» تامسون اضافه کرد.
بازدیدکنندگان می‌توانند یک مدل آشکارساز آکسیون را اجرا کرده و برای یافتن آکسیون در کوتاه‌ترین زمان ممکن با یکدیگر رقابت کنند یا حتی یک یخچال رقیق‌شده را عمل کنند و سعی کنند به چند میلی‌کلوین برسند.
«ممکن است ماده تاریک را در حین نمایش کشف کنیم!» پژوهشگر افزود.
