ऑस्ट्रेलियाई वैज्ञानिक ब्रह्मांड के सबसे महान रहस्यों में से एक को सुलझाने की दिशा में कदम उठा रहे हैं: अदृश्य काले पदार्थ की प्रकृति।
ऑस्ट्रेलिया के पहले प्रमुख डार्क मैटर डिटेक्टर, ऑर्गन एक्सपेरिमेंट ने हाल ही में एक एक्सियन नामक एक काल्पनिक कण की खोज पूरी की - जो सिद्धांतों के बीच एक लोकप्रिय उम्मीदवार है जो डार्क मैटर को समझाने की कोशिश करता है।
ORGAN ने अक्षों की संभावित विशेषताओं पर नई सीमाएँ रखी हैं और इस प्रकार उनकी खोज को कम करने में मदद की है। लेकिन इससे पहले कि हम खुद से आगे निकल जाएं...
आइए एक कहानी से शुरू करते हैं
लगभग 14 अरब साल पहले, पदार्थ के सभी छोटे-छोटे टुकड़े—मूल कण जो बाद में आप, ग्रह और आकाशगंगा बन गए—एक बहुत घने, गर्म क्षेत्र में संकुचित हो गए थे।
फिर बिग बैंग हुआ और सब कुछ बिखर गया। कण परमाणुओं में संयुक्त हो गए, जो अंततः तारे बनाने के लिए एक साथ टकरा गए, जिससे विस्फोट हो गया और सभी प्रकार के विदेशी पदार्थ बन गए।
कुछ अरब वर्षों के बाद पृथ्वी आई, जो अंततः मानव नामक छोटी चीजों के साथ रेंग रही थी। मस्त कहानी, है ना? पता चला कि यह पूरी कहानी नहीं है; यह आधा भी नहीं है।
लोग, ग्रह, तारे और आकाशगंगा सभी नियमित पदार्थ से बने हैं। लेकिन हम जानते हैं कि नियमित पदार्थ ब्रह्मांड के सभी पदार्थों का सिर्फ एक-छठा हिस्सा बनाता है।
बाकी जिसे हम डार्क मैटर कहते हैं, उससे बना है। इसका नाम आपको लगभग वह सब कुछ बताता है जो हम इसके बारे में जानते हैं। यह प्रकाश का उत्सर्जन नहीं करता है (इसलिए हम इसे अंधेरा कहते हैं), और इसका द्रव्यमान है (इसलिए हम इसे पदार्थ कहते हैं)।
अगर यह अदृश्य है, तो हमें कैसे पता चलेगा कि यह वहां है?
जब हम देखते हैं कि अंतरिक्ष में चीजें कैसे चलती हैं, तो हम बार-बार पाते हैं कि हम अपने अवलोकनों की व्याख्या नहीं कर सकते हैं यदि हम केवल वही देखते हैं जो हम देख सकते हैं।
कताई आकाशगंगाएँ इसका एक बेहतरीन उदाहरण हैं। अधिकांश आकाशगंगाएँ गति से घूमती हैं जिन्हें केवल दृश्यमान पदार्थ से गुरुत्वाकर्षण खिंचाव द्वारा नहीं समझाया जा सकता है।
इसलिए इन आकाशगंगाओं में डार्क मैटर होना चाहिए, अतिरिक्त गुरुत्वाकर्षण प्रदान करना और उन्हें तेजी से घूमने की अनुमति देना-बिना भागों को अंतरिक्ष में फेंके। हमें लगता है कि डार्क मैटर सचमुच आकाशगंगाओं को एक साथ रखता है।
इसलिए ब्रह्मांड में भारी मात्रा में डार्क मैटर होना चाहिए, जो उन सभी चीजों को खींच रहा है जो हम देख सकते हैं। यह आपके बीच से भी गुजर रहा है, किसी तरह के ब्रह्मांडीय भूत की तरह। आप बस इसे महसूस नहीं कर सकते।
हम इसका पता कैसे लगा सकते हैं?
कई वैज्ञानिकों का मानना है कि डार्क मैटर काल्पनिक कणों से बना हो सकता है जिन्हें एक्सियन कहा जाता है। मूल रूप से कण भौतिकी में एक और बड़ी समस्या के समाधान के हिस्से के रूप में अक्षों को प्रस्तावित किया गया था जिसे मजबूत सीपी समस्या कहा जाता है (जिसके बारे में हम एक पूरा लेख लिख सकते हैं)।
वैसे भी, अक्षतंतु प्रस्तावित होने के बाद, वैज्ञानिकों ने महसूस किया कि कण कुछ शर्तों के तहत डार्क मैटर भी बना सकते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि नियमित पदार्थ के साथ अक्षों की बहुत कमजोर बातचीत होने की उम्मीद है, लेकिन फिर भी कुछ द्रव्यमान है: डार्क मैटर के लिए आवश्यक दो स्थितियां।
तो आप अक्षों की खोज कैसे करते हैं?
ठीक है, चूंकि डार्क मैटर को हमारे चारों ओर माना जाता है, इसलिए हम पृथ्वी पर यहीं डिटेक्टर बना सकते हैं। और, सौभाग्य से, अक्षों की भविष्यवाणी करने वाला सिद्धांत यह भी भविष्यवाणी करता है कि अक्षतंतु सही परिस्थितियों में फोटॉन (प्रकाश के कण) में परिवर्तित हो सकते हैं।
यह अच्छी खबर है, क्योंकि हम फोटॉन का पता लगाने में बहुत अच्छे हैं। और ठीक यही ORGAN करता है। यह एक्सियन-फोटॉन रूपांतरण के लिए सही परिस्थितियों को इंजीनियर करता है और कमजोर फोटॉन संकेतों की तलाश करता है - डिटेक्टर से गुजरने वाले डार्क मैटर द्वारा उत्पन्न प्रकाश की छोटी चमक।
इस तरह के प्रयोग को एक्सियन हेलोस्कोप कहा जाता है और इसे पहली बार में प्रस्तावित किया गया था 1980s. आज दुनिया में कुछ ऐसे हैं, जिनमें से प्रत्येक महत्वपूर्ण तरीकों से थोड़ा अलग है।
डार्क मैटर पर प्रकाश डालना
माना जाता है कि एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में एक अक्ष एक फोटॉन में परिवर्तित हो जाता है। एक विशिष्ट हेलोस्कोप में, हम सुपरकंडक्टिंग सोलनॉइड नामक एक बड़े विद्युत चुंबक का उपयोग करके इस चुंबकीय क्षेत्र को उत्पन्न करते हैं।
चुंबकीय क्षेत्र के अंदर हम धातु के एक या कई खोखले कक्ष रखते हैं, जो फोटॉन को फंसाने और उन्हें अंदर उछालने के लिए होते हैं, जिससे उनका पता लगाना आसान हो जाता है।
हालाँकि, एक हिचकी है। हर चीज जिसमें तापमान होता है वह लगातार प्रकाश की छोटी यादृच्छिक चमक उत्सर्जित करती है (यही कारण है कि थर्मल इमेजिंग कैमरे काम करते हैं)। ये यादृच्छिक उत्सर्जन, या शोर, हमारे द्वारा खोजे जा रहे फीके डार्क मैटर संकेतों का पता लगाना कठिन बना देते हैं।
इसे हल करने के लिए, हमने अपने रेज़ोनेटर को कमजोर पड़ने वाले रेफ्रिजरेटर में रखा है। यह फैंसी फ्रिज प्रयोग को क्रायोजेनिक तापमान तक ठंडा करता है, लगभग -273 डिग्री सेल्सियस, जो शोर को बहुत कम करता है।
प्रयोग जितना ठंडा होगा, उतना ही बेहतर होगा कि हम डार्क मैटर रूपांतरण के दौरान उत्पन्न होने वाले बेहोश फोटॉन के लिए "सुन" सकें।
बड़े पैमाने पर क्षेत्रों को लक्षित करना
एक निश्चित द्रव्यमान का अक्ष एक निश्चित आवृत्ति, या रंग के फोटॉन में परिवर्तित हो जाएगा। लेकिन चूंकि अक्षों का द्रव्यमान अज्ञात है, इसलिए प्रयोगों को उनकी खोज को विभिन्न क्षेत्रों में लक्षित करना चाहिए, उन पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए जहां डार्क मैटर के मौजूद होने की अधिक संभावना है।
यदि कोई डार्क मैटर सिग्नल नहीं मिलता है, तो या तो प्रयोग शोर के ऊपर सिग्नल को सुनने के लिए पर्याप्त संवेदनशील नहीं है, या संबंधित अक्ष द्रव्यमान क्षेत्र में कोई डार्क मैटर नहीं है।
जब ऐसा होता है, तो हम एक "बहिष्करण सीमा" निर्धारित करते हैं - जो यह कहने का एक तरीका है कि "हमें इस बड़े पैमाने पर संवेदनशीलता के इस स्तर पर कोई डार्क मैटर नहीं मिला।" यह बाकी डार्क मैटर रिसर्च कम्युनिटी को अपनी खोजों को कहीं और निर्देशित करने के लिए कहता है।
ORGAN अपने लक्षित फ़्रीक्वेंसी रेंज में सबसे संवेदनशील प्रयोग है। इसके हालिया रन में कोई डार्क मैटर सिग्नल नहीं मिला। इस परिणाम ने संभावित विशेषताओं पर एक महत्वपूर्ण बहिष्करण सीमा निर्धारित की है अक्षों का.
अक्षों की खोज के लिए बहु-वर्षीय योजना का यह पहला चरण है। हम वर्तमान में अगला प्रयोग तैयार कर रहे हैं, जो अधिक संवेदनशील होगा और एक नए, अभी तक अनदेखे जन श्रेणी को लक्षित करेगा।
लेकिन डार्क मैटर मैटर क्यों करता है?
ठीक है, एक के लिए, हम इतिहास से जानते हैं कि जब हम मौलिक भौतिकी में निवेश करते हैं, तो हम महत्वपूर्ण तकनीकों का विकास करते हैं। उदाहरण के लिए, सभी आधुनिक कंप्यूटिंग क्वांटम यांत्रिकी की हमारी समझ पर निर्भर करती है।
हमने कभी भी बिजली, या रेडियो तरंगों की खोज नहीं की होती, अगर हम उन चीजों का पीछा नहीं करते, जो उस समय, हमारी समझ से परे अजीब भौतिक घटनाएं प्रतीत होती थीं। डार्क मैटर वही है।
ब्रह्मांड में केवल एक-छठे मामले को समझकर मनुष्यों ने जो कुछ हासिल किया है, उस पर विचार करें- और कल्पना करें कि अगर हम बाकी को अनलॉक कर दें तो हम क्या कर सकते हैं।
इस लेख से पुन: प्रकाशित किया गया है वार्तालाप क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत। को पढ़िए मूल लेख.
छवि क्रेडिट: चित्रण सहयोग
