۲ اکتبر ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: کاپیل کاجال-حساس‌ترین آزمایش ماده تاریک جهان.دانشگاه کالج لندن (UCL)
دانشمندانی که با یکی از حساس‌ترین آشکارسازهای ماده تاریک جهان کار می‌کنند، می‌گویند به موفقیتی دست یافته‌اند که می‌تواند فیزیک را یک گام به حل یکی از بزرگترین اسرار خود نزدیک‌تر کند.همکاری XENON، یک تیم بین‌المللی از محققان، در ۱ اکتبر اعلام کرد که آزمایش آنها در آزمایشگاه گران ساسو ایتالیا موفق به کاهش رادیواکتیویته پس‌زمینه در داخل آشکارساز به سطوح بی‌سابقه‌ای شده است.
این تیم با استفاده از فناوری پیشرفته تصفیه، سیگنال‌های ناشی از رادون، که منبع اصلی تداخل هستند، را به سطوحی یک میلیارد برابر پایین‌تر از تابش طبیعی موجود در بدن انسان کاهش دادند.
نتایج منتشر شده در Physical Review X نشان دهنده گامی مهم در جستجوی ماده تاریک است.
ماده تاریک ماده‌ای مرموز است که گمان می‌رود حدود ۸۵٪ از ماده جهان را تشکیل می‌دهد، اما هرگز به طور مستقیم مشاهده نشده است.
کریستین واینهایمر، فیزیکدان ذرات در دانشگاه مونستر که رهبری تیمی را که سیستم جدید حذف رادون را توسعه داده است، گفت: “XENONnT ما را یک قدم به حل معمای ماده تاریک نزدیک‌تر می‌کند.”
این آزمایش بر تشخیص برهمکنش‌های ضعیف بین ذرات ماده تاریک فرضی و اتم‌های زنون مایع، یک گاز نجیب که به دلیل خلوص و پایداری‌اش انتخاب شده است، متکی است.این آشکارساز که حاوی ۸.۵ تن زنون مایع است که تا حدود منفی ۹۵ درجه سانتیگراد خنک شده است، در اعماق زمین در گران ساسو قرار دارد تا از آن در برابر تابش کیهانی محافظت کند.
با این حال، ردپاهای کوچک رادیواکتیویته طبیعی همچنان یک چالش دائمی هستند. گاز رادون، محصول واپاشی عناصری که میلیاردها سال پیش در طول تولد منظومه شمسی تشکیل شده‌اند، به ویژه مشکل‌ساز است.
واپاشی آن باعث ایجاد جرقه‌های نوری در آشکارساز می‌شود که می‌تواند سیگنال‌های بالقوه ماده تاریک را تقلید کند.برای رسیدگی مداوم به این موضوع، تیم XENON یک سیستم تقطیر برودتی ساخت که برای جداسازی رادون از زنون مایع طراحی شده است.
طبق اندازه‌گیری‌های موسسه فیزیک هسته‌ای ماکس پلانک در هایدلبرگ، این فرآیند غلظت رادون را با ضریب چهار کاهش داد و به حدود ۴۳۰ اتم در هر تن متریک رساند.
این کاهش، رویدادهای پس‌زمینه مرتبط با رادون را به اندازه رویدادهای تولید شده توسط نوترینوها، ذرات شبح‌مانندی که از خورشید ساطع می‌شوند و نمی‌توان با محافظ آنها را مسدود کرد، نادر می‌کند.
وینهایمر گفت: “با وجود تقریباً هیچ پس‌زمینه رادیواکتیوی باقی نمانده، ما وارد رژیمی می‌شویم که آزمایش فقط توسط نوترینوها محدود می‌شود. این یک دستاورد خارق‌العاده است.”
این پیشرفت می‌تواند پیامدهایی فراتر از آزمایش فعلی داشته باشد. برنامه‌هایی برای یک آشکارساز حتی بزرگتر به نام XLZD (رصدخانه ماده تاریک مایع زنون) در حال انجام است که ده برابر زنون مایع بیشتر از XENONnT را در خود جای می‌دهد.
دانشمندان معتقدند که با افزایش مقیاس فناوری حذف رادون، می‌توانند ابزاری نسل بعدی ایجاد کنند که قادر به کاوش عمیق‌تر در ماهیت ماده تاریک باشد.
بودجه این تلاش از چندین منبع اروپایی، از جمله پروژه “LowRad” شورای تحقیقات اروپا، وزارت تحقیقات فدرال آلمان و گروه آموزشی بنیاد تحقیقات آلمان در مورد برهمکنش‌های ذرات و ماده تاریک، تأمین شده است.
در حالی که هنوز هیچ مدرک مستقیمی از ماده تاریک یافت نشده است، فیزیکدانان می‌گویند هر پیشرفت فنی شانس موفقیت را افزایش می‌دهد.
وینهایمر گفت: “خلوصی که به آن دست یافته‌ایم نشان می‌دهد که این فناوری برای جهش بعدی آماده است.”
جستجو در دالان‌های خاموش اعماق کوه‌های آپنین ایتالیا ادامه دارد، جایی که دانشمندان امیدوارند یکی از پنهان‌ترین رازهای کیهان سرانجام خود را آشکار کند.
