آسٹریلوی سائنسدان کائنات کے سب سے بڑے رازوں میں سے ایک کو حل کرنے کی طرف پیش قدمی کر رہے ہیں: پوشیدہ تاریک مادے کی نوعیت۔
ORGAN Experiment، آسٹریلیا کے پہلے بڑے تاریک مادّے کا پتہ لگانے والے، نے حال ہی میں ایک فرضی ذرہ کی تلاش مکمل کی جسے ایک محور کہا جاتا ہے، جو کہ تاریک مادے کی وضاحت کرنے کی کوشش کرنے والے نظریات میں سے ایک مقبول امیدوار ہے۔
ORGAN نے محور کی ممکنہ خصوصیات پر نئی حدود رکھی ہیں اور اس طرح ان کی تلاش کو کم کرنے میں مدد کی ہے۔ لیکن اس سے پہلے کہ ہم خود سے آگے بڑھیں…
آئیے ایک کہانی کے ساتھ شروع کریں۔
تقریباً 14 بلین سال پہلے، مادّے کے تمام چھوٹے ٹکڑے—بنیادی ذرات جو بعد میں آپ، سیارہ اور کہکشاں بن جائیں گے—ایک انتہائی گھنے، گرم خطہ میں سما گئے تھے۔
پھر بگ بینگ ہوا اور سب کچھ اڑ گیا۔ ذرات مل کر ایٹم بن گئے، جو بالآخر ستارے بنانے کے لیے اکٹھے ہو گئے، جو پھٹ گئے اور ہر قسم کے غیر ملکی مادے کو تخلیق کیا۔
چند ارب سالوں کے بعد زمین آئی، جو بالآخر انسان نامی چھوٹی چیزوں کے ساتھ رینگ رہی تھی۔ ٹھنڈی کہانی، ٹھیک ہے؟ پتہ چلا کہ یہ پوری کہانی نہیں ہے۔ یہ آدھا بھی نہیں ہے۔
لوگ، سیارے، ستارے اور کہکشائیں سب باقاعدہ مادے سے بنے ہیں۔ لیکن ہم جانتے ہیں کہ باقاعدہ مادہ کائنات کے تمام مادّوں کا صرف چھٹا حصہ بناتا ہے۔
باقی اس سے بنا ہے جسے ہم ڈارک میٹر کہتے ہیں۔ اس کا نام آپ کو تقریباً ہر وہ چیز بتاتا ہے جو ہم اس کے بارے میں جانتے ہیں۔ یہ روشنی نہیں خارج کرتا ہے (اس لیے ہم اسے تاریک کہتے ہیں)، اور اس میں بڑے پیمانے پر ہوتے ہیں (اس لیے ہم اسے مادہ کہتے ہیں)۔
اگر یہ پوشیدہ ہے، تو ہم کیسے جانتے ہیں کہ یہ وہاں ہے؟
جب ہم خلاء میں چیزوں کی حرکت کا مشاہدہ کرتے ہیں تو ہمیں بار بار پتہ چلتا ہے کہ اگر ہم صرف ان چیزوں پر غور کریں جو ہم دیکھ سکتے ہیں تو ہم اپنے مشاہدات کی وضاحت نہیں کر سکتے۔
گھومتی ہوئی کہکشائیں ایک بہترین مثال ہیں۔ زیادہ تر کہکشائیں اس رفتار سے گھومتی ہیں جس کی وضاحت صرف نظر آنے والے مادے کی کشش ثقل کے ذریعے نہیں کی جا سکتی۔
لہٰذا ان کہکشاؤں میں تاریک مادّہ ضرور ہونا چاہیے، جو اضافی کشش ثقل فراہم کرتا ہے اور انھیں تیزی سے گھومنے دیتا ہے—بغیر پرزوں کو خلا میں پھینکے جانے کے۔ ہمارے خیال میں تاریک مادّہ لفظی طور پر کہکشاؤں کو ایک ساتھ رکھتا ہے۔
لہذا کائنات میں تاریک مادے کی ایک بہت بڑی مقدار ہونی چاہئے، جو ہم دیکھ سکتے ہیں ان تمام چیزوں کو کھینچتے ہیں۔ یہ بھی کسی کائناتی بھوت کی طرح آپ کے درمیان سے گزر رہا ہے۔ آپ اسے محسوس نہیں کر سکتے۔
ہم اس کا پتہ کیسے لگا سکتے ہیں؟
بہت سے سائنس دانوں کا خیال ہے کہ تاریک مادہ فرضی ذرات پر مشتمل ہو سکتا ہے جسے محور کہتے ہیں۔ Axions کو اصل میں پارٹیکل فزکس کے ایک اور بڑے مسئلے کے حل کے حصے کے طور پر تجویز کیا گیا تھا جسے مضبوط CP مسئلہ کہا جاتا ہے (جس کے بارے میں ہم ایک پورا مضمون لکھ سکتے ہیں)۔
بہر حال، محور کی تجویز کے بعد، سائنسدانوں نے محسوس کیا کہ ذرہ بعض حالات میں تاریک مادہ بھی بنا سکتا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ محوروں کے باقاعدہ مادے کے ساتھ بہت کمزور تعامل کی توقع کی جاتی ہے، لیکن پھر بھی ان میں کچھ مقدار موجود ہے: تاریک مادے کے لیے ضروری دو شرائط۔
تو آپ محور کی تلاش میں کیسے جاتے ہیں؟
ٹھیک ہے، چونکہ یہ خیال کیا جاتا ہے کہ تاریک مادّہ ہمارے چاروں طرف ہے، اس لیے ہم یہیں زمین پر ڈیٹیکٹر بنا سکتے ہیں۔ اور، خوش قسمتی سے، محور کی پیش گوئی کرنے والا نظریہ یہ بھی پیش گوئی کرتا ہے کہ محور صحیح حالات میں فوٹون (روشنی کے ذرات) میں تبدیل ہو سکتے ہیں۔
یہ اچھی خبر ہے، کیونکہ ہم فوٹون کا پتہ لگانے میں بہت اچھے ہیں۔ اور یہ بالکل وہی ہے جو ORGAN کرتا ہے۔ یہ axion-photon کے تبادلوں کے لیے درست حالات کو انجینئر کرتا ہے اور کمزور فوٹوون سگنلز تلاش کرتا ہے — روشنی کی چھوٹی سی چمکیں جو تاریک مادّے سے پیدا ہوتی ہیں جو ڈیٹیکٹر سے گزرتی ہیں۔
اس قسم کے تجربے کو ایکسیون ہالوسکوپ کہا جاتا ہے اور اس کی تجویز پہلی بار ۱۹۹۱ء میں کی گئی تھی۔ 1980s. آج دنیا میں کچھ ایسے ہیں، جن میں سے ہر ایک اہم طریقوں سے قدرے مختلف ہے۔
تاریک مادے پر روشنی ڈالنا
خیال کیا جاتا ہے کہ ایک محور ایک مضبوط مقناطیسی میدان کی موجودگی میں فوٹوون میں تبدیل ہوتا ہے۔ ایک عام ہالوسکوپ میں، ہم اس مقناطیسی میدان کو ایک بڑے برقی مقناطیس کا استعمال کرتے ہوئے پیدا کرتے ہیں جسے سپر کنڈکٹنگ سولینائڈ کہتے ہیں۔
مقناطیسی میدان کے اندر ہم دھات کے ایک یا کئی کھوکھلے چیمبر لگاتے ہیں، جن کا مقصد فوٹون کو پھنسانا ہوتا ہے اور انہیں اندر سے اچھالنا ہوتا ہے، جس سے ان کا پتہ لگانا آسان ہو جاتا ہے۔
تاہم، ایک ہچکی ہے. ہر وہ چیز جس کا درجہ حرارت ہوتا ہے وہ مسلسل روشنی کی چھوٹی بے ترتیب چمکیں خارج کرتی ہے (جس کی وجہ سے تھرمل امیجنگ کیمرے کام کرتے ہیں)۔ یہ بے ترتیب اخراج، یا شور، تاریک مادّے کے دھندلے اشاروں کا پتہ لگانا مشکل بنا دیتے ہیں جن کی ہم تلاش کر رہے ہیں۔
اس کے ارد گرد کام کرنے کے لئے، ہم نے اپنے ریزونیٹر کو ایک کم کرنے والے ریفریجریٹر میں رکھا ہے۔ یہ فینسی فریج تجربے کو کرائیوجینک درجہ حرارت، تقریباً −273 ° C تک ٹھنڈا کرتا ہے، جو شور کو بہت کم کرتا ہے۔
تجربہ جتنا ٹھنڈا ہوگا، ہم تاریک مادے کی تبدیلی کے دوران پیدا ہونے والے دھندلے فوٹون کے لیے اتنا ہی بہتر "سن" سکتے ہیں۔
بڑے پیمانے پر علاقوں کو نشانہ بنانا
ایک خاص ماس کا محور ایک خاص فریکوئنسی، یا رنگ کے فوٹون میں بدل جائے گا۔ لیکن چونکہ محور کا حجم معلوم نہیں ہے، اس لیے تجربات کو ان کی تلاش کو مختلف خطوں پر مرکوز کرنا چاہیے، ان پر توجہ مرکوز کرتے ہوئے جہاں تاریک مادّے کے موجود ہونے کا زیادہ امکان سمجھا جاتا ہے۔
اگر کوئی تاریک مادے کا سگنل نہیں ملتا ہے، تو پھر یا تو تجربہ شور کے اوپر سگنل سننے کے لیے اتنا حساس نہیں ہے، یا متعلقہ محور ماس کے علاقے میں کوئی تاریک مادہ نہیں ہے۔
جب ایسا ہوتا ہے، تو ہم ایک "اخراج کی حد" مقرر کرتے ہیں — جو کہ صرف یہ کہنے کا ایک طریقہ ہے کہ "ہمیں اس بڑے پیمانے پر، حساسیت کی اس سطح تک کوئی تاریک مادہ نہیں ملا۔" یہ تاریک مادے کی تحقیق کرنے والی باقی برادری کو اپنی تلاش کو کہیں اور بھیجنے کو کہتا ہے۔
ORGAN اپنی ٹارگٹ فریکوئنسی رینج میں سب سے زیادہ حساس تجربہ ہے۔ اس کی حالیہ دوڑ میں تاریک مادے کے کوئی سگنل نہیں ملے۔ اس نتیجے نے ممکنہ خصوصیات پر ایک اہم اخراج کی حد مقرر کر دی ہے۔ محور کی.
یہ محور کی تلاش کے لیے ایک کثیر سالہ منصوبے کا پہلا مرحلہ ہے۔ ہم فی الحال اگلے تجربے کی تیاری کر رہے ہیں، جو زیادہ حساس ہو گا اور ایک نئی، ابھی تک غیر دریافت شدہ وسیع رینج کو نشانہ بنائے گا۔
لیکن ڈارک میٹر سے فرق کیوں پڑتا ہے؟
ٹھیک ہے، ایک تو، ہم تاریخ سے جانتے ہیں کہ جب ہم بنیادی طبیعیات میں سرمایہ کاری کرتے ہیں، تو ہم اہم ٹیکنالوجیز تیار کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، تمام جدید کمپیوٹنگ کوانٹم میکانکس کی ہماری سمجھ پر انحصار کرتی ہے۔
ہم نے کبھی بھی بجلی، یا ریڈیو لہروں کو دریافت نہ کیا ہوتا، اگر ہم ان چیزوں کا پیچھا نہ کرتے جو اس وقت ہماری سمجھ سے باہر عجیب طبعی مظاہر دکھائی دیتی تھیں۔ تاریک مادہ ایک ہی ہے۔
کائنات کے صرف ایک چھٹے حصے کو سمجھ کر انسانوں نے جو کچھ بھی کیا ہے اس پر غور کریں — اور تصور کریں کہ اگر ہم باقی کو کھول دیں تو ہم کیا کر سکتے ہیں۔
یہ مضمون شائع کی گئی ہے گفتگو تخلیقی العام لائسنس کے تحت. پڑھو اصل مضمون.
تصویری کریڈٹ: Illustris تعاون
