لیبارٹری میں ذرات کے تعامل کا پتہ لگانے کا ایک حساس نیا طریقہ پہلی بار محور کی تلاش کے لیے استعمال کیا گیا ہے، جو تاریک مادے کی فرضی شکل ہے۔ نام نہاد اسپن پر مبنی یمپلیفائر کا استعمال کرتے ہوئے، طبیعیات دانوں کی ایک بین الاقوامی ٹیم 0.01 meV سے 1 meV کی پیشن گوئی شدہ "axion ونڈو" کے اندر محور ماس کو محدود کرنے میں کامیاب ہوئی، اس طرح سابقہ لیبارٹری کی تلاشوں اور فلکیاتی مشاہدات کے درمیان فرق کو ختم کر دیا۔
1970 کی دہائی میں محور کا قیاس سب سے پہلے فزکس میں ایک شاندار پہیلی کی وضاحت کے طور پر کیا گیا تھا جسے چارج پیریٹی مسئلہ کہا جاتا ہے۔ نظریہ کے مطابق، وہ بگ بینگ کے بعد وافر مقدار میں پیدا ہوئے ہوں گے، اور یہ دونوں چارج لیس اور الیکٹرانوں سے بہت کم بڑے ہونے چاہئیں، مطلب یہ کہ وہ مادے اور برقی مقناطیسی تابکاری کے ساتھ بہت کمزور تعامل کریں گے۔ یہ انہیں تاریک مادے کے لیے ایک مقبول امیدوار بناتا ہے، ایک پراسرار مادہ جو کائنات کا زیادہ تر مادّہ بناتا ہے اور کہکشاؤں جیسی بڑی اشیاء کی کشش ثقل کی خصوصیات کو متاثر کرتا ہے۔
غیر ملکی ڈوپول-ڈپول تعامل
محور کی تلاش کا نیا طریقہ محور کے رویے کے بارے میں مزید پیشین گوئی کا فائدہ اٹھاتا ہے: جب فرمیون (آدھے عدد کے سپن والے ذرات) محور کا تبادلہ کرتے ہیں، تو انہیں ایک غیر ملکی ڈوپول-ڈپول تعامل پیدا کرنا چاہیے جو اصولی طور پر، تجربہ گاہ میں پایا جا سکتا ہے۔ تازہ ترین مطالعہ میں، ایک ٹیم کی قیادت میں سنہوا پینگ کی چین کی سائنس اور ٹیکنالوجی یونیورسٹیکی قیادت میں محققین کے ساتھ مل کر دمتری بڈکر سے ہیلم ہولٹز انسٹی ٹیوٹ، جوہانس گٹنبرگ یونیورسٹی، مینز، جرمنی، اور یو سی برکلے امریکہ میںپولرائزڈ روبیڈیم-87 کا ایک بڑا جوڑ ملا کر (87Rb) ایٹم (الیکٹران گھماؤ کا ایک ذریعہ) پولرائزڈ xeon-129 کے ساتھ (129Xe) اس تعامل کا ثبوت تلاش کرنے کے لیے جوہری گھومتا ہے۔
جوہری گھماؤ کمزور سیڈو مقناطیسی فیلڈز کے لیے ایک یمپلیفائر کے طور پر کام کرتے ہیں جو الیکٹرانز کے محوروں کے تبادلے کے ذریعے پیدا کیے جا سکتے ہیں، اور تجربات سے معلوم ہوا کہ یہ اسپن پر مبنی یمپلیفائر بیرونی مقناطیسی شعبوں کو 40 سے زیادہ کے عنصر سے بڑھا سکتا ہے۔ اس فیلڈ کی پیمائش کے ذریعے تلاش کیا گیا، "پینگ بتاتے ہیں۔ "0.01 meV سے 1 meV کے محور کی کھڑکی کے اندر بڑے پیمانے پر محوروں کو تلاش کرنے کے لیے، ہم فاصلے کو ایڈجسٹ کرتے ہیں 129Xe اسپن پر مبنی یمپلیفائر اور Rb اسپن سورس سینٹی میٹر پیمانے پر۔"
اس تکنیک نے محققین کو محور ماس کو 0.03 meV سے 1 meV تک محدود کرنے کی اجازت دی، جو کہ کئی نظریات کی پیش گوئی کی حد میں ہے، بشمول اعلی درجہ حرارت کی جالی QCD، سٹینڈرڈ ماڈل ایکسیون سیسو ہگز پورٹل انفلیشن (SMASH) ماڈل اور ایکسیون سٹرنگ نیٹ ورک۔ . "اب تک، موجودہ لیبارٹری کی تلاشیں (مثال کے طور پر، گہا کے تجربات جیسے ADMX) اور فلکیاتی مشاہدات (مثال کے طور پر، SN1987A، سفید بونے، اور Globular Clusters) زیادہ تر اس کھڑکی کے باہر بڑے پیمانے پر محوروں کی تلاش کرتے تھے (جس میں ORGAN کے تجربے کے استثناء کے ساتھ۔ مغربی آسٹریلیا)،" پینگ بتاتا ہے۔ طبیعیات کی دنیا. "ہمارا نتیجہ axion-window کے پیرامیٹر کی جگہ تک پہنچتا ہے، جو کہ ممکنہ سٹینڈرڈ ماڈل ایکسٹینشنز پر موجودہ فلکیاتی اور لیبارٹری مطالعات کی تکمیل کرتا ہے۔"
تجرباتی حساسیت کو بہتر بنانا
پینگ کا کہنا ہے کہ اس تکنیک کو ذرہ طبیعیات کے معیاری ماڈل جیسے زیڈ بوسنز اور ڈارک فوٹان سے آگے مختلف فرضی ذرات کی تلاش کے لیے مزید بڑھایا جا سکتا ہے۔ "ہماری تکنیک کے ساتھ، مثال کے طور پر، ہم نئے ذرات کے ذریعے ثالثی کی جانے والی غیر ملکی تعاملات کی ایک وسیع رینج کو تلاش کر سکتے ہیں، جیسے پیرافوٹن کے درمیانی تعاملات، جن کی متعلقہ تلاش کی حساسیت موجودہ رکاوٹوں سے بہتر شدت کے کئی آرڈرز ہونی چاہیے،" پینگ کہتے ہیں۔ "اس کے علاوہ، ہم براہ راست محور نما کہکشاں کے تاریک مادے کی تلاش کر سکتے ہیں جو نیوکلیون کے ساتھ جوڑ سکتا ہے، جس سے ایسی حساسیت پیدا ہو سکتی ہے جو لیبارٹری کی سابقہ حدوں کو طول و عرض کے کئی حکموں سے اور یہاں تک کہ فلکی طبیعی مشاہدات سے حاصل کی گئی حدوں سے بھی آگے نکل جائے۔"
نچوڑنے والی روشنی تاریک مادے کے محور کی تلاش کو بڑھاتی ہے۔
اس دوران، محققین، جو اپنے کام کی تفصیل دیتے ہیں۔ جسمانی جائزہ لینے کے خطوطکہتے ہیں کہ وہ غیر ملکی تعاملات کے لیے اپنی تکنیک کی حساسیت کو مزید بہتر بنانے کی کوشش کریں گے۔ مثال کے طور پر، کی بنیاد پر ایک یمپلیفائر کا استعمال کرتے ہوئے 3وہ کہتے ہیں کہ وہ الیکٹران اسپن یا ٹھوس ریاست کے اسپن ذرائع جیسے کہ آپٹیکلی پمپ والے پینٹاسین کرسٹل اس کو حاصل کرنے میں مدد کرسکتے ہیں۔
