بوتیکشاستری لورا مارینی Cryogenic Underground Observatory for Rare Events (CUORE) کے کوآرڈینیٹر اور سائٹ مینیجر کو چلایا جاتا ہے۔ ایک بین الاقوامی تعاون سے چلایا گیا، یہ تجربہ اٹلی کے ابروزو کے علاقے میں ایک پہاڑ کے نیچے نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف نیوکلیئر فزکس کی گران ساسو نیشنل لیبارٹری میں واقع ہے۔ مارینی نے 2018 میں یونیورسٹی آف جینوا سے فزکس میں پی ایچ ڈی کی اور پھر یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، برکلے میں پوسٹ ڈاک کیا۔ اس نے اپنی پی ایچ ڈی کے دوران CUORE پر کام کرنا شروع کیا اور آج وہ اٹلی کے گران ساسو سائنس انسٹی ٹیوٹ اور گران ساسو لیب سے وابستہ ہیں۔ مارینی نے رچرڈ بلاسٹین سے CUORE میں اپنے کردار اور اس تجربے کے حالیہ سنگ میل کے بارے میں بات کی کہ آیا نیوٹرینو میجرانا کے ذرات ہیں یا نہیں۔
کیا آپ CUORE میں اپنے دوہری کردار کی وضاحت کر سکتے ہیں؟
ابھی، میں اس موجودہ تجربے کے لیے کوآرڈینیٹر چلا رہا ہوں اور CUORE کے لیے سائٹ مینیجر ہوں۔ رن کوآرڈینیٹر کے طور پر، میں اس بات کو یقینی بناتا ہوں کہ تجربہ رکے بغیر چلتا رہے۔ یہ اہم ہے کیونکہ ہم انتہائی نایاب واقعات کی تلاش میں ہیں، اس لیے ہم بغیر رکے جتنا ممکن ہو سکے ڈیٹا لینا چاہتے ہیں۔ میں تجربے کے کریوجینک حصے اور ڈیٹا اکٹھا کرنے والے حصے دونوں پر کام کرتا ہوں۔ میں تجربے میں پس منظر کے شور کی سطح کو کم کرنے پر بھی کام کرتا ہوں – جو کہ نایاب واقعات کی تلاش میں بھی اہم ہے۔
میری سائٹ مینیجر کا کردار رن کوآرڈینیٹر سے تھوڑا وسیع ہے۔ میں تجربے اور گران ساسو نیشنل لیبارٹری کے درمیان انٹرفیس کو ہینڈل کرتا ہوں، آن سائٹ سرگرمیوں کو مربوط کرتا ہوں اور تمام سسٹمز اور سب سسٹمز کی دیکھ بھال کو منظم کرتا ہوں۔
کیا آپ CUORE کی وضاحت کر سکتے ہیں اور یہ کس چیز کی پیمائش کرنا چاہتا ہے؟
CUORE طبیعیات میں نایاب واقعات کو تلاش کرتا ہے اور اسے خاص طور پر نیوٹرینو لیس ڈبل بیٹا ڈے کی تلاش کے لیے ڈیزائن کیا گیا تھا۔ یہ عمل متوقع ہے اگر نیوٹرینو ان کے اپنے اینٹی پارٹیکلز ہوں - یعنی اگر وہ میجورانا پارٹیکلز ہوں۔ اس سوال کا جواب دینا ضروری ہے کیونکہ اگر نیوٹرینو میجورانا پارٹیکلز ثابت ہو جاتے ہیں تو یہ معمہ حل ہو جائے گا کہ نیوٹرینو ماسز پارٹیکل فزکس کے معیاری ماڈل میں اتنے چھوٹے کیوں ہیں۔
ہم آاسوٹوپ ٹیلوریم-130 میں نیوٹرینو لیس ڈبل بیٹا کشی کی تلاش کرتے ہیں کیونکہ یہ عام ڈبل بیٹا کشی سے گزرتا ہے اور اس میں قدرتی کثرت ہوتی ہے۔ CUORE میں 184 ٹیلوریم ڈائی آکسائیڈ کرسٹل ہیں جو ایک بڑے کریوسٹیٹ کے اندر 10 mK کے قریب رکھے گئے ہیں۔ کریوسٹیٹ مائع ہیلیم کا استعمال نہیں کرتا ہے بلکہ اس میں پانچ پلس ٹیوب کریوکولر ہیں۔
تجربہ کو بہت کم درجہ حرارت پر رکھا جانا چاہیے کیونکہ ہم کرسٹل کے اندر درجہ حرارت میں ہونے والے چھوٹے اضافے کا پتہ لگا کر نیوٹرینو لیس ڈبل بیٹا کشی کی تلاش کرتے ہیں جو کشی کی وجہ سے ہوتا ہے۔ CUORE سے پہلے، صرف ایک چھوٹے تجرباتی حجم اور بڑے پیمانے پر ٹھنڈا کیا جا سکتا تھا لیکن ہم نے بنیادی درجہ حرارت پر 1.5 ٹن مواد کو ٹھنڈا کر کے اس میں زبردست اضافہ کیا ہے۔ CUORE کا ایک اور فائدہ یہ ہے کہ اس تجربے میں توانائی کی بہت اچھی ریزولوشن ہے اور یہ توانائی کے بہت وسیع رینج پر کام کرتا ہے – جس سے اسے زوال کے واقعات کی شناخت میں مدد ملنی چاہیے۔
CUORE کی "ٹن-سال" ڈیٹا حاصل کرنے کی حالیہ کامیابی کی کیا اہمیت ہے؟
ٹن سال سے مراد ٹیلوریم آکسائیڈ کے بڑے پیمانے پر نگرانی کی جا رہی ہے جس کی طوالت کے دوران تجربے نے ڈیٹا اکٹھا کیا ہے۔ ماس 741 کلوگرام ہے اور ڈیٹا 2017 اور 2020 کے درمیان کیے گئے رنز میں حاصل کیا گیا تھا۔ ہر رن میں پورے ماس کا استعمال شامل نہیں تھا، لیکن سب مل کر ایک ٹن – سال کا ڈیٹا اکٹھا کیا گیا تھا۔
اس کے دو اہم پہلو ہیں۔ سب سے پہلے، یہ پہلا موقع ہے کہ اتنے بڑے پیمانے پر کریوسٹیٹ میں ٹھنڈا کیا گیا ہے۔ دوسرا، کیونکہ ہم اتنے لمبے عرصے تک اس تجربے کو چلانے کے قابل تھے، ہم نے دکھایا ہے کہ کرائیوجینک کیلوری میٹر نیوٹرن لیس ڈبل بیٹا ڈے کو تلاش کرنے کا ایک قابل عمل طریقہ ہے۔
اس ٹن سال کے ڈیٹا نے آپ کو اور آپ کے ساتھیوں کو کیا بتایا؟
واضح ہونے کے لیے، ہمیں میجرانا کے ذرات نہیں ملے۔ اس کے بجائے، ہم نیوٹرن لیس ڈبل بیٹا ڈے کی نصف زندگی پر کم حد مقرر کرنے میں کامیاب رہے ہیں۔ اب ہم جانتے ہیں کہ نصف زندگی 2.2×10 سے زیادہ ہے۔25 سال ہم یہ نتیجہ اخذ کر سکتے ہیں کیونکہ اگر نصف زندگی کم ہوتی تو ہم CUORE میں کم از کم ایک یا زیادہ واقعات دیکھنے کی توقع کرتے۔
کیا CUORE کو طبیعیات کے دیگر شعبوں کو تلاش کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے؟
جی ہاں. CUORE کو نایاب واقعات کی تلاش کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے اور اس لیے اس میں تاریک مادے کو تلاش کرنے کی صلاحیت ہے۔ گہرے مادے کے ذرات سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ CUORE کے ڈیٹیکٹر مواد کے ساتھ بہت کم تعامل کریں گے اور اس میں بہت کم مقدار میں توانائی کا اخراج شامل ہوگا۔ لہٰذا، تاریک مادے کی تلاش تجربے کے بڑے پیمانے پر اور طویل مدتی وقت سے فائدہ اٹھائے گی۔ تاریک مادے کی تلاش میں ڈیٹیکٹر میں توانائی کے دوسرے علاقے کی تلاش شامل ہوگی اور CUORE تعاون کے اندر طبیعیات دانوں کے گروپ موجود ہیں جو اس امکان کو دیکھ رہے ہیں۔
کیا CUORE کے کرائیوجینک سنگ میل کا کوانٹم کمپیوٹنگ پر کچھ اثر ہے؟
میں کوانٹم کمپیوٹنگ کا ماہر نہیں ہوں، لیکن عام طور پر، ٹھوس ریاست کے آلات جو کوانٹم معلومات پر کارروائی کرتے ہیں ان کے لیے طویل کوانٹم ہم آہنگی کا وقت درکار ہوتا ہے۔ ہم جانتے ہیں کہ حرارت اور کائناتی تابکاری دونوں کوانٹم ہم آہنگی کے اوقات کو کم کرتے ہیں۔ جدید cryogenics کے ساتھ زیر زمین تجربات چلانے سے ان منفی اثرات سے تحفظ ملتا ہے۔ اگرچہ CUORE کے ٹیلوریم ڈائی آکسائیڈ کرسٹل کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے استعمال نہیں کیے جا سکتے، لیکن یہ حقیقت کہ ہم نے ایک بہت بڑے کریوسٹیٹ اور صاف مواد کے ساتھ زیر زمین اتنا طویل تجرباتی دوڑ حاصل کیا ہے کوانٹم ٹیکنالوجیز کی ترقی کے لیے ممکنہ طور پر بہت مفید ہو سکتا ہے۔
مستقبل CUORE تعاون کے لیے کیا لائے گا؟
CUORE 2024 تک چلے گا اور ہم پہلے سے ہی CUORE اپ گریڈ پر پارٹیکل آئیڈنٹیفیکیشن - یا CUPID کے ساتھ کام کر رہے ہیں۔ ہم CUORE کے موجودہ ٹیلوریم ڈائی آکسائیڈ کرسٹل کو لیتھیم مولیبڈیٹ کرسٹل سے بدل دیں گے۔ جب نیوٹرن لیس ڈبل بیٹا ڈے میں پیدا ہونے والے ذرات لیتھیم مولیبڈیٹ کے ساتھ تعامل کرتے ہیں تو وہ حرارت اور روشنی دونوں پیدا کرتے ہیں۔ اس روشنی کا پتہ حرارت کے ساتھ ہی لگایا جائے گا، اور حرارت سے روشنی کا تناسب ہمیں پس منظر کے واقعات کو مسترد کرنے کی اجازت دے گا جس میں ذرات شامل ہیں جو نیوٹرینو لیس ڈبل بیٹا کشی سے پیدا نہیں ہوتے ہیں۔ تجربے کے کریوجینک ڈھانچے کو بھی اپ گریڈ کیا جائے گا۔
