در جست وجوی ماده تاریک یا چسب کیهانی

شان کرول , یک دانشمند فیزیک نظری در موسسه فناوری کالیفرنیا که خود شخصا در این تجربه های علمی شرکت ندارد,می گوید اکنون در عصر طلایی جست وجوی ماده تاریک به سر می بریم و به نظر می رسد که شرایط برای وقوع یک اتفاق بزرگ در این زمینه فراهم است

در آزمایشگاههایی در اعماق زمین، دانشمندان مجهز به پیشرفته‌ترین دستگاهها، سرگرم رقابت برای یافتن "ماده تاریک"، هستند. ماده‌ای نامریی که مانند یک چسب کیهانی، مانع از هم پاشیدن کهکشانها می‌شود.

هرکس ماهیت ماده تاریک را کشف کند، یکی از بزرگترین معماهای دانش نوین را حل کرده است و مطمئنا به سمت جایزه نوبل روانه خواهد شد.

اما این کار، صرفا یک فقط یک آزمون مغزی نیست. کشف رمز ماده تاریک، به همراه دستیابی به درک بهتری از یک نیروی مرموز دیگر به نام "انرژی تاریک" ، می‌تواند به کشف سرنوشت کهکشانها کمک کند.

تلاشهایی که در گذشته برای یافتن این ماده، که بر اساس فرضیات موجود باید وجود داشته باشد، انجام شده تاکنون بی‌نتیجه بوده است اما این موضوع نتوانسته است حدود بیست گروه پژوهشی را از دنبال کردن اثری از این ماده در تاریکی معادن متروکه و چاههای عمودی تونلها، منصرف کند.

ماشین‌های امروزی ردیاب "ماده تاریک" در مقایسه با نسل‌های قدیمی بسیار نیرومندتر هستند اما بهترین آنها نیز تاکنون نتوانسته‌است کوچکترین اثری از این ماده را ثبت کند. اکنون بسیاری از تیم‌ها در حال ساختن ردیاب‌های بزرگتر هستند و یا سعی می‌کنند برای شکار "ماده تاریک" فناوریهای مدرن را به کار گیرند.

"شان کرول"، یک دانشمند فیزیک نظری در موسسه فناوری کالیفرنیا که خود شخصا در این تجربه‌های علمی شرکت ندارد، می‌گوید "اکنون در عصر طلایی جست‌وجوی ماده تاریک به سر می‌بریم و به نظر می‌رسد که شرایط برای وقوع یک اتفاق بزرگ در این زمینه فراهم است."

دانشمندان معترفند که هنوز در مورد ماده تاریک، در تاریکی به سر می‌برند. براساس تئوری حاکم کنونی، این ماده از ذراتی بسیار کوچک و عجیب ساخته شده که از زمان "انفجار بزرگ" (‪ (Big Bang‬درحدود ‪ ۱۳/۷‬میلیارد سال قبل باقی مانده‌اند.

ماده تاریک که گمان می‌رود یک چهارم جرم کیهان را تشکیل می‌دهد، به این دلیل به این اسم نامیده می‌شود که هیچ نور یا حرارتی از خود خارج نمی‌کند.

ستاره‌شناسان بخاطر کنش و واکنش جاذبه‌ای این ماده با ستارگان و کهکشانها پی به وجود آن برده‌اند.

اما دانستن این موضوع که ماده تاریک وجود دارد، با دانستن این که ماهیت این ماده چیست، فاصله زیادی دارد. در اکثر تجربیات علمی، دانشمندان به دنبال ذرات فرضیه‌ای به نام ‪ WIMPS‬هستند. این ذرات که اسم آنها از خلاصه‌ای از "ذرات پرجرم با تعامل ضعیف" تشکیل شده است، بزرگترین کاندیدای ماده تاریک هستند.

ماشین‌های مجهزی که در زیر زمین کار گذاشته شده‌اند، همه منتظر لحظه نادری هستند که یک ‪ WIMP‬به هسته اتم برخورد کند و موجب یک پس‌زنی الاستیک شود.این آزمایشها باید زیر زمین انجام گیرد تا اشعه‌های کیهانی روی نتایج آنها اثر نگذارند.

"نیل اسپونر"، محقق ماده تاریک از دانشگاه شفیلد انگلستان داستان را به این گونه خلاصه می‌کند: " سوزنی در انبار کاه افتاده است و ما سعی می‌کنیم برای پیدا کردن سوزن، کاه را کنار بزنیم. اکنون برای رد کردن آنچه زاید است و یافتن رویدادی که در پی آن هستیم، باید فناوری بهتری داشته باشیم."

آزمایشهای علمی زیرزمینی در یک معدن آهن متروکه در ایالت مینه‌سوتای آمریکا و در غارهای کانادا، فرانسه، ایتالیا، ژاپن و روسیه به آرامی جریان دارد. ماه گذشته بنیاد ملی علم آمریکا، معدن طلای متروکه‌ای در داکوتای جنوبی را به عنوان مکان یکی از بزرگترین و عمیق‌ترین نمونه از این آزمایشگاهها در جهان، انتخاب کرد. این معدن به اندازه یک دسته شش تایی از ساختمانهای امپایراستیت در زیر زمین است.

رقابت برای یافتن ماده تاریک، بسیار شدید است و فیزیکدانان تلاش می‌کنند بهترین و مناسب‌ترین فناوری برای این آزمایشها را بیابند.

تاکنون برای یافتن اثر محسوسی از ارتعاشات ناشی از برخورد یک ‪ ،WIMP‬از سیلیکون فوق سرد و کریستالهای ژرمانیوم استفاده کردند. در شیوه‌های مدرن تر، از گازهایی مانند زنون و یا فناوری‌های نوظهوری مانند اتاقک‌های حبابی مایع فوق داغ، استفاده شد اما به گفته یک دانشمند فیزیک ذرات در دانشگاه شیکاگو، هیچیک از این روشها کامل نیستند و هریک مشکلات و محدودیتهای خاص خود را دارند.

دانشمندان می‌دانند ممکن است روزی از آنها سوال شود که آیا واقعا مطمئنند آنچه در پی آن هستند، واقعی است؟

استیو اهلن، از دانشگاه بوستون که به اتفاق همکارانش در موسسه فناوری ماساچوست ‪ MIT‬سرگرم ساخت نمونه‌ای از یک دستگاه مدرن زیرزمینی برای تحقیقات در زمینه ماده تاریک است، می‌گوید " هرقدر آزمایش عظیم باشد، بازهم ممکن است هیچ چیزی پیدا نشود."

تاکنون چند بار زنگها بیهوده به صدا درآمده‌اند. در سال ‪، ۲۰۰۰‬ دانشمندان ایتالیایی که در یک آزمایشگاه زیرزمینی در نزدیکی رشته‌کوه "گران ساسو" فعالیت می‌کنند، ادعا کردند که نشانه‌ای از ماده تاریک را ردیابی کرده‌اند.

اما هیچکس نتوانست این نتیجه را تکرار کند و در محافل علمی شمار اندکی ممکن است این ادعا را قبول داشته باشند. از آن زمان به بعد، محققان ایتالیایی سرگرم کار روی یک ردیاب نسل دوم بوده‌اند و پیش‌بینی می‌کنند تا سال آینده نتایج تازه‌ای را ارایه نمایند.

در بهار امسال، یک گروه رقیب به رهبری "النا اپرایل"، از دانشگاه کلمبیا که در "گران ساسو" نیز فعالیت می‌کند، در یک نشست علمی گفت پروژه گازمایع ابداعی گروه وی هب نام ‪ XENON۱۰‬در مقایسه با ردیاب ‪ CDMS‬حساس تر است و صداهای زمینه‌ای بیشتری را حذف می‌کند.

اپرایل که با اعلام این موضوع دیگر پژوهشگران را شگفت زده کرد، گفت "هرقدر حساسیت دستگاهها بیشتر باشد، حقیقت نزدیکتر می‌شود."

برنار سادوله از دانشگاه تکنولوژی کالیفرنیا در برکلی و سخنگوی ‪CDMS‬ معتقد است استفاده از چند فناوری در جست‌وجوی ماده تاریک بسیار مفید است زیرا می‌توان نتایج به دست آمده از راههای مختلف را در کنار هم قرار داد و آنها را با یکدیگر کنترل کرد. او می‌گوید که گروه پژوهشی او از سال گذشته سرگرم جمع‌آوری اطلاعات از طریق دستگاههای ارتقاء یافته ردیاب بوده است و پیش‌بینی می‌کند که این گروه رهبری خود را از لحاظ حساسیت دستگاه ردیاب دوباره به دست آورد.

تلاش برای یافتن ماده تاریک، به دهه ‪ ۱۹۳۰‬برمی‌گردد که در آن زمان، "فریتس تسویکی" از دانشگاه فنی کالیفرنیا "کل‌تک"، درحالی که با تلسکوپ به آسمان نگاه می‌کرد، با مشاهده حرکات کهکشانی به این نتیجه رسید که در کیهان جرم گمشده‌ای وجود دارد. جا افتادن این فکر در اذهان دیگر دانشمندان و دانش پژوهان مدتها طول کشید اما اکنون جست‌وجوی ماده تاریک، به یک شکار علمی پررقابت زیرزمینی تبدیل شده است.

ساخت ردیاب‌های ماده تاریک پرهزینه است و ارتقاء و عملیاتی کردن آنها از آن هم پرهزینه تر است. اکنون بودجه بسیاری از پروژه‌ها توسط مجموعه‌ای از منابع مختلف تامین می‌شود. برای مثال، بنیاد ملی علوم از سال مالی ‪۲۰۰۰‬ روی شش پروژه، از جمله ‪ CDMS‬و ‪ XENON۱۰‬حدود ‪ ۲۱‬میلیون دلار سرمایه‌گذاری کرده است.

دانشمندان در فضا نیز به دنبال ماده تاریک می‌گردند.

ناسا قصد دارد سال آینده تلسکوپ "گلاست ‪ GLAST‬رابرای مطالعه در مورد انفجارهای اشعه گاما، که ممکن است از برخوردهای ماده‌تاریک حاصل شده باشد، به فضا بفرستد.

این امکان نیز وجود دارد که دانشمندان حتی قبل از آنکه وجود ماده تاریک را در کهکشانها و یا در زیر زمین تایید کنند، آن را در آزمایشگاه تولید کنند، مثلا در برخورددهنده بزرگ هالدرون که در اعماق زمین در مرز سوییس و فرانسه قرار دارد.

پژوهشگران در همه جستجوهای خود فقط به دنبال ‪ WIMPS‬نیستند.

"آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور" با اجرای پروژه‌ای تحت عنوان "تجربه ماده‌تاریک اکسیون" ، به دنبال یک ذره فرضیه‌ای دیگری به نام "اکسیون ‪ "axion‬است.

نخستین مرحله این پروژه در سال ‪ ۲۰۰۳‬بدون ثبت هیچ نشانه‌ای از ماده تاریک، پایان گرفت. اما اخیرا وزارت انرژی آمریکا برای ارتقاء کیفی این آزمایشها، چراغ سبز نشان داده است.

هیچکس نمی‌داند جست‌وجوی ماده تاریک تا چه زمان ادامه خواهد یافت.

لسلی روزنبرگ، یک سخنگوی پروژه "اکسیون" گفت "هنوز جام جهان نما کدر است اما روزی ماهیت ماده تاریک روشن خواهد شد."

در آزمایشگاههایی در اعماق زمین، دانشمندان مجهز به پیشرفته‌ترین دستگاهها، سرگرم رقابت برای یافتن "ماده تاریک"، هستند. ماده‌ای نامریی که مانند یک چسب کیهانی، مانع از هم پاشیدن کهکشانها می‌شود.

هرکس ماهیت ماده تاریک را کشف کند، یکی از بزرگترین معماهای دانش نوین را حل کرده است و مطمئنا به سمت جایزه نوبل روانه خواهد شد.

اما این کار، صرفا یک فقط یک آزمون مغزی نیست. کشف رمز ماده تاریک، به همراه دستیابی به درک بهتری از یک نیروی مرموز دیگر به نام "انرژی تاریک" ، می‌تواند به کشف سرنوشت کهکشانها کمک کند.

تلاشهایی که در گذشته برای یافتن این ماده، که بر اساس فرضیات موجود باید وجود داشته باشد، انجام شده تاکنون بی‌نتیجه بوده است اما این موضوع نتوانسته است حدود بیست گروه پژوهشی را از دنبال کردن اثری از این ماده در تاریکی معادن متروکه و چاههای عمودی تونلها، منصرف کند.

ماشین‌های امروزی ردیاب "ماده تاریک" در مقایسه با نسل‌های قدیمی بسیار نیرومندتر هستند اما بهترین آنها نیز تاکنون نتوانسته‌است کوچکترین اثری از این ماده را ثبت کند. اکنون بسیاری از تیم‌ها در حال ساختن ردیاب‌های بزرگتر هستند و یا سعی می‌کنند برای شکار "ماده تاریک" فناوریهای مدرن را به کار گیرند.

"شان کرول"، یک دانشمند فیزیک نظری در موسسه فناوری کالیفرنیا که خود شخصا در این تجربه‌های علمی شرکت ندارد، می‌گوید "اکنون در عصر طلایی جست‌وجوی ماده تاریک به سر می‌بریم و به نظر می‌رسد که شرایط برای وقوع یک اتفاق بزرگ در این زمینه فراهم است."

دانشمندان معترفند که هنوز در مورد ماده تاریک، در تاریکی به سر می‌برند. براساس تئوری حاکم کنونی، این ماده از ذراتی بسیار کوچک و عجیب ساخته شده که از زمان "انفجار بزرگ" (‪ (Big Bang‬درحدود ‪ ۱۳/۷‬میلیارد سال قبل باقی مانده‌اند.

ماده تاریک که گمان می‌رود یک چهارم جرم کیهان را تشکیل می‌دهد، به این دلیل به این اسم نامیده می‌شود که هیچ نور یا حرارتی از خود خارج نمی‌کند.

ستاره‌شناسان بخاطر کنش و واکنش جاذبه‌ای این ماده با ستارگان و کهکشانها پی به وجود آن برده‌اند.

اما دانستن این موضوع که ماده تاریک وجود دارد، با دانستن این که ماهیت این ماده چیست، فاصله زیادی دارد. در اکثر تجربیات علمی، دانشمندان به دنبال ذرات فرضیه‌ای به نام ‪ WIMPS‬هستند. این ذرات که اسم آنها از خلاصه‌ای از "ذرات پرجرم با تعامل ضعیف" تشکیل شده است، بزرگترین کاندیدای ماده تاریک هستند.

ماشین‌های مجهزی که در زیر زمین کار گذاشته شده‌اند، همه منتظر لحظه نادری هستند که یک ‪ WIMP‬به هسته اتم برخورد کند و موجب یک پس‌زنی الاستیک شود.این آزمایشها باید زیر زمین انجام گیرد تا اشعه‌های کیهانی روی نتایج آنها اثر نگذارند.

"نیل اسپونر"، محقق ماده تاریک از دانشگاه شفیلد انگلستان داستان را به این گونه خلاصه می‌کند: " سوزنی در انبار کاه افتاده است و ما سعی می‌کنیم برای پیدا کردن سوزن، کاه را کنار بزنیم. اکنون برای رد کردن آنچه زاید است و یافتن رویدادی که در پی آن هستیم، باید فناوری بهتری داشته باشیم."

آزمایشهای علمی زیرزمینی در یک معدن آهن متروکه در ایالت مینه‌سوتای آمریکا و در غارهای کانادا، فرانسه، ایتالیا، ژاپن و روسیه به آرامی جریان دارد. ماه گذشته بنیاد ملی علم آمریکا، معدن طلای متروکه‌ای در داکوتای جنوبی را به عنوان مکان یکی از بزرگترین و عمیق‌ترین نمونه از این آزمایشگاهها در جهان، انتخاب کرد. این معدن به اندازه یک دسته شش تایی از ساختمانهای امپایراستیت در زیر زمین است.

رقابت برای یافتن ماده تاریک، بسیار شدید است و فیزیکدانان تلاش می‌کنند بهترین و مناسب‌ترین فناوری برای این آزمایشها را بیابند.

تاکنون برای یافتن اثر محسوسی از ارتعاشات ناشی از برخورد یک ‪ ،WIMP‬از سیلیکون فوق سرد و کریستالهای ژرمانیوم استفاده کردند. در شیوه‌های مدرن تر، از گازهایی مانند زنون و یا فناوری‌های نوظهوری مانند اتاقک‌های حبابی مایع فوق داغ، استفاده شد اما به گفته یک دانشمند فیزیک ذرات در دانشگاه شیکاگو، هیچیک از این روشها کامل نیستند و هریک مشکلات و محدودیتهای خاص خود را دارند.