डार्क मैटर की अलग तरह से तलाश - फिजिक्स वर्ल्ड

ब्रह्मांड के कुल पदार्थ का लगभग 85 प्रतिशत डार्क मैटर से बना है और ब्रह्मांड विज्ञानियों का मानना ​​है कि इसने आकाशगंगाओं के निर्माण में प्रमुख भूमिका निभाई है। हम खगोलीय सर्वेक्षणों की बदौलत इस तथाकथित गैलेक्टिक डार्क मैटर के स्थान को जानते हैं, जो बताता है कि दूर की आकाशगंगाओं से प्रकाश हमारी ओर आते समय कैसे झुकता है। लेकिन अब तक, पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के भीतर फंसे डार्क मैटर का पता लगाने के प्रयास खाली हाथ आए हैं, भले ही इस प्रकार के डार्क मैटर - जिसे थर्मलाइज्ड डार्क मैटर के रूप में जाना जाता है - अधिक मात्रा में मौजूद होना चाहिए।

समस्या यह है कि थर्मलाइज्ड डार्क मैटर गैलेक्टिक डार्क मैटर की तुलना में बहुत धीमी गति से चलता है, जिसका अर्थ है कि पारंपरिक उपकरणों का पता लगाने के लिए इसकी ऊर्जा बहुत कम हो सकती है। भौतिक विज्ञानी एसएलएसी राष्ट्रीय प्रयोगशाला अमेरिका में अब एक विकल्प प्रस्तावित किया गया है जिसमें सुपरकंडक्टिंग क्वांटम बिट्स (क्यूबिट्स) से बने क्वांटम सेंसर का उपयोग करके पूरी तरह से नए तरीके से थर्मलाइज्ड डार्क मैटर की खोज करना शामिल है।

बिल्कुल नया दृष्टिकोण

नई पद्धति का विचार एसएलएसी से आया नूह कुरिंस्की, जो काम कर रहा था फोटॉन और फोनन के लिए सक्रिय सेंसर के रूप में ट्रांसमोन क्वैब को फिर से डिजाइन करना. जानकारी संग्रहीत करने के लिए पर्याप्त स्थिर होने से पहले ट्रांसमोन क्वैब को पूर्ण शून्य (- 273 डिग्री सेल्सियस) के करीब तापमान तक ठंडा करने की आवश्यकता होती है, लेकिन इन बेहद कम तापमान पर भी, ऊर्जा अक्सर सिस्टम में फिर से प्रवेश करती है और क्वैब की क्वांटम स्थिति को बाधित करती है। अवांछित ऊर्जा को आम तौर पर अपूर्ण शीतलन उपकरण या पर्यावरण में गर्मी के कुछ स्रोत पर दोष दिया जाता है, लेकिन कुरिंस्की के दिमाग में यह बात आई कि इसकी उत्पत्ति कहीं अधिक दिलचस्प हो सकती है: "क्या होगा अगर हमारे पास वास्तव में एक पूरी तरह से ठंडा प्रणाली है, और इसका कारण यह है कि हम ऐसा कर सकते हैं क्या इसे प्रभावी ढंग से ठंडा नहीं किया जा सकता क्योंकि इस पर लगातार काले पदार्थ की बमबारी हो रही है?

जब कुरिंस्की इस नवीन संभावना पर विचार कर रहे थे, उनके एसएलएसी सहयोगी रेबेका लीन पृथ्वी के अंदर काले पदार्थ के अपेक्षित घनत्व की गणना के लिए एक नया ढांचा विकसित कर रहा था। इन नई गणनाओं के अनुसार, जिसे लीन ने निष्पादित किया अनिर्बान दास (अब सियोल नेशनल यूनिवर्सिटी, कोरिया में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता), यह स्थानीय डार्क-मैटर घनत्व पृथ्वी की सतह पर बहुत अधिक हो सकता है - पहले की तुलना में बहुत अधिक।

"दास और मैं इस बात पर चर्चा कर रहे थे कि कौन से संभावित कम थ्रेशोल्ड उपकरण इस उच्च पूर्वानुमानित डार्क मैटर घनत्व की जांच कर सकते हैं, लेकिन इस क्षेत्र में पिछले अनुभव के कारण, हमने महत्वपूर्ण इनपुट के लिए कुरिंस्की की ओर रुख किया," लीन बताते हैं। "इसके बाद दास ने नए उपकरणों का उपयोग करके प्रकीर्णन गणना की, जो किसी दिए गए पदार्थ की फोनन (जाली कंपन) संरचना का उपयोग करके डार्क मैटर प्रकीर्णन दर की गणना करने की अनुमति देती है।"

कम ऊर्जा सीमा

शोधकर्ताओं ने गणना की कि एक क्वांटम डार्क-मैटर सेंसर एक इलेक्ट्रॉनवोल्ट (1 meV) के केवल एक हजारवें हिस्से की बेहद कम ऊर्जा पर सक्रिय होगा। यह सीमा किसी भी तुलनीय डार्क मैटर डिटेक्टर की तुलना में बहुत कम है, और इसका मतलब है कि एक क्वांटम डार्क-मैटर सेंसर कम ऊर्जा वाले गैलेक्टिक डार्क मैटर के साथ-साथ पृथ्वी के चारों ओर फंसे थर्मलाइज्ड डार्क मैटर कणों का पता लगा सकता है।

शोधकर्ता स्वीकार करते हैं कि ऐसे डिटेक्टर को दिन की रोशनी देखने से पहले बहुत काम करना बाकी है। सबसे पहले, उन्हें इसे बनाने के लिए सर्वोत्तम सामग्री की पहचान करनी होगी। लीन कहते हैं, "हम शुरुआत के लिए एल्युमीनियम पर विचार कर रहे थे, और ऐसा सिर्फ इसलिए कि यह शायद अब तक डिटेक्टरों के लिए इस्तेमाल की गई सबसे अच्छी विशेषता वाली सामग्री है।" "लेकिन यह पता चल सकता है कि जिस प्रकार की व्यापक रेंज हम देख रहे हैं, और जिस प्रकार के डिटेक्टर का हम उपयोग करना चाहते हैं, उसके लिए शायद एक बेहतर सामग्री है।"

शोधकर्ताओं का लक्ष्य अब अपने परिणामों को डार्क मैटर मॉडल के व्यापक वर्ग तक विस्तारित करना है। "प्रायोगिक पक्ष पर, कुरिंस्की की प्रयोगशाला उद्देश्य-निर्मित सेंसर के पहले दौर का परीक्षण कर रही है जिसका उद्देश्य क्वासिपार्टिकल पीढ़ी, पुनर्संयोजन और पहचान के बेहतर मॉडल बनाना और क्वैबिट्स में क्वासिपार्टिकल्स के थर्मलाइजेशन गतिशीलता का अध्ययन करना है, जो कि बहुत कम समझा जाता है," लीन बताते हैं भौतिकी की दुनिया. 'सुपरकंडक्टर में क्वासिपार्टिकल्स पहले की तुलना में बहुत कम कुशलता से ठंडा होते प्रतीत होते हैं, लेकिन जैसे-जैसे इन गतिशीलता को बेहतर ढंग से कैलिब्रेट और मॉडल किया जाता है, परिणाम कम अनिश्चित हो जाएंगे और हम समझ सकते हैं कि अधिक संवेदनशील डिवाइस कैसे बनाएं।

अध्ययन में विस्तृत है फिजिकल रिव्यू लेटर्स.

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/looking-for-dark-matter-differently/