ऑस्ट्रेलिया गहरी सोने की खान में "डार्क मैटर" चाहता है

मेलबर्न के उत्तर-पश्चिम में कुछ घंटों की ड्राइव पर स्थित छोटे विक्टोरियन शहर स्टोवेल के बाहरी इलाके में एक सोने की खदान की गहराई में, ब्रह्मांड में सबसे मायावी पदार्थों में से एक - डार्क मैटर की खोज के लिए एक प्रयोगशाला बनाई जा रही है।

एक किलोमीटर भूमिगत, लैब अब कई मिलियन डॉलर के उद्यम की तुलना में टेनिस कोर्ट के आकार की गुफा की तरह है। ऐसा इसलिए है क्योंकि लैब - मेलबर्न विश्वविद्यालय, ANSTO, स्विनबर्न और अन्य के बीच एक साझेदारी - अभी भी विकास के अधीन है। लेकिन सफल होने पर, यह खगोल भौतिकी के सबसे बड़े रहस्यों में से एक को सुलझाने में मदद कर सकता है।

"यह हमारे लिए एक महत्वपूर्ण समय है," मेलबर्न विश्वविद्यालय में एक सहयोगी प्रोफेसर फिलिप उरकिहो ने कहा, एक कण भौतिक विज्ञानी और एक डार्क मैटर प्रयोग के लिए तकनीकी समन्वयक, जिसे SABER - सोडियम आयोडाइड विद एक्टिव बैकग्राउंड रिजेक्शन एक्सपेरिमेंट कहा जाता है।

"प्रयोगशाला स्वयं दिसंबर तक पूरी हो जानी चाहिए। हमें उम्मीद है कि नवंबर तक हम अपने कुछ प्रयोगात्मक उपकरण लाने में सक्षम होंगे।"

माना जाता है कि डार्क मैटर, ब्रह्मांड में 85% मामले का निर्माण करता है, इसे खोजना आसान नहीं है। यह आमतौर पर गैस और धूल जैसी अंतरिक्ष वस्तुओं का पता लगाने के लिए उपयोग की जाने वाली किसी भी तरंग दैर्ध्य पर दिखाई नहीं देता है। इसके अलावा, ऐसा लगता है कि यह विद्युत चुम्बकीय बलों के साथ बिल्कुल भी बातचीत नहीं करता है - जिसका अर्थ है कि यह प्रकाश को अवशोषित, प्रतिबिंबित या उत्सर्जित नहीं करता है।

वैज्ञानिकों को इसके अस्तित्व के बारे में केवल इसलिए पता है क्योंकि तारे, आकाशगंगा और आकाशगंगा समूह बिना किसी अतिरिक्त स्पष्टीकरण के बहुत अधिक गुरुत्वाकर्षण आकर्षण रखते हैं, उदाहरण के लिए, कि कहीं न कहीं डार्क मैटर का ढेर छिपा है।

"अगर हम इसे पा सकते हैं, तो यह एक गारंटीकृत नोबेल पुरस्कार है," ANSTO के रणनीतिक परियोजनाओं के वरिष्ठ सलाहकार, डॉ रिचर्ड गैरेट कहते हैं। "यह [गुरुत्वाकर्षण तरंगों की तरह है। यह एक और चीज है जो ३०-४० वर्षों से देख रही थी, जब तक कि इन विशाल प्रयोगों (विशेष रूप से, लेजर इंटरफेरोमेट्रिक ग्रेविटेशनल वेव ऑब्जर्वेटरी) को यह नहीं मिला।"

लेकिन डार्क मैटर की खोज अब तक असफल रही है। फिर भी।

हमारी नाक के नीचे

शोधकर्ता विभिन्न तरीकों से पृथ्वी पर काले पदार्थ का पता लगाने की कोशिश कर रहे हैं।

पहला तरीका यह है कि गामा किरणों या कण-एंटीपार्टिकल जोड़े जैसे किसी चीज़ में सड़ने वाले डार्क मैटर को पकड़ लिया जाए। दुर्भाग्य से, डार्क मैटर एकमात्र खगोलीय प्रक्रिया नहीं है जो उन्हें उत्पन्न करती है, जो प्रक्रिया में जटिलता की एक और परत जोड़ती है।

SABER जैसे डिटेक्टर हैं जो गहरे भूमिगत स्रोतों से कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करने वाले बड़े कणों, या WIMPS नामक काल्पनिक डार्क मैटर कणों की पुनरावृत्ति का पता लगाने की कोशिश करते हैं।

लेकिन अब तक बनाए गए प्रत्येक डिटेक्टर ने केवल उन संकेतों का पता लगाया है जिन्हें एक अलग कारण के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। डार्क मैटर समझ से बाहर रहता है।

एक अपवाद के साथ। पिछले 25 वर्षों से, पूर्वोत्तर इटली में L'Aquila के पास लेबोरेटोरी नाज़ियोनाली डेल ग्रैन सासो में DAMA / LIBRA नामक एक डिटेक्टर ने रिकॉर्ड किए गए संकेतों की संख्या में एक वार्षिक पैटर्न का उल्लेख किया है। "वार्षिक मॉडुलन प्रभाव" कहा जाता है, यह पृथ्वी के हमारी आकाशगंगा के डार्क मैटर हेलो के अंदर और बाहर जाने के कारण हो सकता है।

"इन 25 वर्षों में, [DAMA / LIBRA] डेटा ने दिखाया है कि इसका यह वार्षिक मॉडुलन प्रभाव अत्यंत, अत्यंत उच्च स्तर के आत्मविश्वास के साथ है," Urquijo कहते हैं।"अपने शोध और अपने शोध की स्वतंत्र समीक्षाओं के माध्यम से, वे इसे समझाने के लिए डार्क मैटर की परिकल्पना को खारिज करने में असमर्थ थे।"

इतालवी प्रयोगशाला डिटेक्टरों की दुनिया में एक "सफेद कौवा" थी, क्योंकि कोई अन्य डिटेक्टर उनके परिणामों को दोहरा नहीं सकता था। इसका एक कारण यह भी है कि DAMA/LIBRA टीम ने सोडियम आयोडाइड के विशेष क्रिस्टल का इस्तेमाल किया। वे सबसे अधिक रेडियो-क्लीन थे - यानी, बहुत कम स्तर की रेडियोधर्मिता के साथ - कभी भी बनाए गए, और टीम अभी भी यह रिकॉर्ड रखती है।

क्रिस्टल के उत्पादन के लिए, सोडियम आयोडाइड पाउडर "एस्ट्रोग्रैड" का उपयोग किया जाता है - कम रेडियोधर्मिता वाला एक यौगिक, लेकिन अभी तक एक क्रिस्टल नहीं। जब शोधकर्ता पाउडर से क्रिस्टल विकसित करते हैं, तो आमतौर पर पर्यावरण से रेडियोधर्मी संदूषक क्रिस्टल में उलझ जाते हैं, इसलिए कम रेडियोधर्मिता को बनाए रखते हुए क्रिस्टल को विकसित करने और शुद्ध करने के लिए बहुत विशिष्ट उपकरण की आवश्यकता होती है।

क्रिस्टल के उरक्विजो कहते हैं, "यह वास्तव में एक बहुत ही जटिल और समय लेने वाली आर एंड डी प्रक्रिया है जो बहुत ही विशिष्ट है।"

लेकिन DAMA / LIBRA संशयवादी यह नहीं मानते कि यह क्रिस्टल की रेडियोधर्मी शुद्धता के कारण है। चूंकि इस पैटर्न का सालाना पता लगाया जाता है, इसलिए वे मानते हैं कि डिटेक्टर इस सिग्नल परिवर्तन को बदलते मौसमों के संयोजन के साथ ही मापता है।

यहीं पर यह तथ्य काम आता है कि हम विपरीत मौसमों के साथ दुनिया के दूसरी तरफ हैं।

उरकिहो कहते हैं, "अगर हम उनके जैसा ही प्रभाव देखते हैं, तो हम जानते हैं कि यह मौसमी प्रभाव नहीं है, बल्कि कुछ बाहरी है।" "मूल रूप से, हम दोनों डार्क मैटर देख रहे होंगे।"

भले ही यह डार्क मैटर न हो, फिर भी यह पृथ्वी के बाहर कुछ ऐसा होगा जिसके बारे में वैज्ञानिकों को अभी तक पता नहीं है, जो लगभग उतना ही रोमांचक होगा जितना कि डार्क मैटर का पता लगाना। लेकिन पहले उन्हें डिटेक्टर को खत्म करने की जरूरत है।

अब तक, उन्होंने DAMA / LIBRA प्रयोग में उपयोग किए गए सोडियम आयोडाइड क्रिस्टल को और भी अधिक रेडियो-शुद्ध बना दिया है - एक ऐसा कारनामा जिसके लिए दुनिया भर के संस्थानों के बीच अनुसंधान और विकास की लंबी प्रक्रिया की आवश्यकता है।

ANSTO ने पहले से ही विकिरण के सबसे छोटे स्तरों का परीक्षण करने के लिए उपकरण स्थापित किए हैं, और टीम रेडियोधर्मिता के लिए अपनी सभी सामग्रियों का परीक्षण कर रही है, यह सुनिश्चित करते हुए कि सब कुछ यथासंभव कम है। हमारे चारों ओर विकिरण के छोटे स्तर मौजूद हैं - उदाहरण के लिए, केले और मनुष्य भी थोड़े रेडियोधर्मी हैं। इसलिए, टीम को इस "सामान्य" रेडियोधर्मिता को सीमित करना चाहिए ताकि यह डिटेक्टर के संचालन में हस्तक्षेप न करे।

गैरेट कहते हैं, "हमने पूरे ऑस्ट्रेलिया से सभी प्रकार के रेत, बजरी और सीमेंट पाउडर को निर्माण के लिए सबसे अच्छा कंक्रीट मिश्रण खोजने की कोशिश में मापा है।"

"हम बहुत, बहुत कमजोर संकेतों के लिए गहरे भूमिगत देख रहे हैं, लेकिन ऐसा करने का कोई मतलब नहीं है अगर हम जिस कंक्रीट का उपयोग कर रहे हैं वह रेडियोधर्मी है।"

फिर - स्थान। सक्रिय सोने की खान में काम करने के कई सकारात्मक पहलू हैं। खनन कंपनी सभी वेंटिलेशन और सुरक्षा प्रबंधन का ख्याल रखती है। इसके अलावा, खदान के कर्मचारी लंबी, घुमावदार सुरंगों के माध्यम से प्रयोगशाला में वैज्ञानिकों को विशेष रूप से सुसज्जित खदान कारों में ले जा सकते हैं।

लेकिन इस पद्धति की अपनी कमियां और समस्याएं हैं। प्रयोगशाला के निर्माण में लगभग तीन साल की देरी हुई जब खदान ने मालिकों को बदल दिया और थोड़ी देर के लिए बंद कर दिया। इसके अलावा, गुफा को हर आठ घंटे में खाली किया जाना चाहिए ताकि खनिक सोने के लिए विस्फोट कर सकें।

आरेखों में, SABER धातु की तिजोरी में संलग्न एक वैट के अंदर एक झूमर की तरह दिखता है। डिटेक्टर अपने आप में एक झूमर है जो वैट के ऊपर से लटका हुआ है और विकिरण के किसी भी छोटे संकेत का पता लगाने के लिए रेडियो-शुद्ध सोडियम आयोडाइड के 50 किलोग्राम क्रिस्टल से भरा है।

चान, जिसे टीम वीटो कहती है, फोटोमल्टीप्लायरों (अविश्वसनीय रूप से संवेदनशील प्रकाश डिटेक्टरों) से अटी पड़ी है और इसमें रैखिक अल्किलबेंजीन होगा, जो आमतौर पर डिटर्जेंट बनाने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला तरल है, लेकिन इस मामले में "तरल स्किंटिलेटर" के रूप में उपयोग किया जाता है जो प्रकाश के साथ चमकेगा जब यह उसे विकिरण हिट करता है। और एक चार मीटर की तिजोरी भी है, जिसे उरकिहो भी कह सकता है कि यह थोड़ा अधिक है: SABER में लगभग 100 टन स्टील होगा, जो प्रयोग को आवारा कणों के विकिरण से बचाता है जो किसी भी संभावित माप को खराब कर सकते हैं।

"हमें पृष्ठभूमि विकिरण के बारे में वास्तविक व्यामोह था," उरकिजो बताते हैं। "सबसे कम रेडियोधर्मिता का क्षेत्र जो दक्षिणी गोलार्ध में कहीं भी पाया जा सकता है, इन क्रिस्टल के केंद्र में है।"

लेकिन अब डिटेक्टर के पुर्ज़े अभी तक खदान तक नहीं पहुँचाए गए हैं - इसके बजाय, डार्क मैटर की खोज के लिए कुछ उपकरण पार्किंग में हैं।

"मेलबर्न विश्वविद्यालय में उपकरणों के लिए अधिक भंडारण स्थान नहीं है, इसलिए हम अपने ANSTO कनेक्शन का उपयोग कार पार्क में तरल स्किंटिलेटर को रखने के लिए कर रहे हैं," Urquijo कहते हैं।

जब डिटेक्टर अंत में स्थापित हो जाता है, तो जो कुछ बचा है वह सतह पर बैठना और परिणामों की प्रतीक्षा करना है। लेकिन तब तक, टीम को कुछ करना है।

"हर सामग्री हमारे पास आती है, और हम इसकी रेडियोधर्मिता को यह देखने के लिए मापते हैं कि क्या यह काफी अच्छा है," गैरेट कहते हैं।

"यह समय के खिलाफ एक दौड़ है।"