چرا فیزیکدانان راز‌های «کهکشان» را در «اعماق زمین» جستجو می‌کنند؟

ماده تاریک ماده‌ای نامرئی است که نور خود را ساطع نمی‌کند و فقط از طریق «گرانش» با ماده معمولی برهم کنش دارد؛ مشاهدۀ همین اثر گرانشی در کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی است که باعث می‌شود دانشمندان به وجود ماده تاریک باور داشته باشند. اما با توجه به اینکه به نظر می‌رسد ماده تاریک پنج برابر بیشتر از ماده معمولی وجود داشته باشد، دانشمندان هنوز در جستجوی شواهد مستقیمی از وجود آن هستند.

به گزارش فرادید؛ یکی از روش‌های یافتن آن، شاید به طور عجیب و غریب و خلاف انتظاری رفتن به زیر زمین باشد!

چندین تأسیسات زیرزمینی در سرتاسر جهان وجود دارد که فیزیکدان‌ها در آن‌ها به دنبال نشانه‌هایی از ذرات با تعامل ضعیف هستند، از جمله مواردی مانند اندازه‌گیری تأثیرات نوترینوها. ایده این است که ذرات با تعامل ضعیف یا WIMP‌ها باید در تمام مدت زمانی که زمین در فضا حرکت می‌کند، در حال عبور از زمین باشند، بنابراین برای شناسایی آنها، ما فقط به آشکارساز‌هایی نیاز داریم که به اندازه کافی حساس باشند تا آن فعل و انفعالات ضعیف را ثبت کنند.

بخشی از آزمایشگاه زیرزمینی اسنولب در کانادا

هیو لیپینکات، دانشیار فیزیک در دانشگاه کالیفرنیا در توضیح این موضوع می‌گوید: «در آزمایش دانشگاه استنفورد با عنوان زپلین‌لاکس، دو شبکه الکتریکی عظیم، یک میدان الکتریکی را در سراسر حجم مایع اعمال می‌کنند که این الکترون‌های آزاد شده را به سطح مایع می‌راند. هنگامی که آن‌ها به سطح نفوذ می‌کنند، به فضای بالای مایع که با گاز زنون پر شده است کشیده می‌شوند و توسط یک میدان الکتریکی دیگر برای ایجاد جرقه دوم نور شتاب می‌گیرند. دو آرایه بزرگ از سنسور‌های نوری این دو جرقه نور را ثبت می‌کنند و به محققان اجازه می‌دهند موقعیت، انرژی و نوع تعاملی را که در این میان انجام شده بازسازی کنند».

این آشکارساز‌ها بسیار بزرگ و چشمگیر هستند و حتی اگر باعث درک این نکته نشوند که ماده تاریک چیست، می‌توانند به تشخیص آنچه که «نیست» کمک کنند. با این حال، مشکل این است که اگر آن‌ها را روی سطح زمین قرار دهید، نویز بسیار زیادی را دریافت می‌کنند و نمی‌توانند ماموریت اصلی‌شان را انجام دهند.

لیپینکات ادامه داد: «ما بر روی زمین دائماً توسط سطوح کم و غیرخطرناک رادیواکتیویته که از عناصر کمیاب - عمدتاً اورانیوم و توریم - در محیط و همچنین پرتو‌های کیهانی که از فضا می‌آیند، احاطه شده‌ایم؛ بنابراین آشکارساز را باید در جایی قرار دهیم که کمترین مزاحمت و آلودگی خارجی وجود داشته باشد. شاید در آنصورت بتوانیم سیگنال ماده تاریک را مشاهده کنیم».

به همین دلیل، آشکارساز‌های ماده تاریک در اعماق زمین قرار می‌گیرند. برای مثال در انتاریوی کانادا، دانشمندان باید یک سفر روزانه ۲ کیلومتری در زیر زمین داشته باشند، سپس در داخل یک معدن در حال کار پیاده‌روی کنند تا به SNOLAB، یعنی عمیق‌ترین آزمایشگاه در جهان برسند.

با همۀ این‌ها در حال حاضر مشاهدۀ قطعی مادۀ تاریک اتفاق نیافتاده است. اما با ادامه آزمایش‌ها، این امید وجود دارد که بتوان در اعماق زمین ردپایی از نیروی سازندۀ کهکشان‌ها پیدا کرد.