दुनिया का सबसे बड़ा डार्क मैटर डिटेक्टर कणों की असामान्य परस्पर क्रिया दर्ज करता है

डार्क मैटर की खोज के लिए समर्पित वैज्ञानिकों ने, जो ब्रह्मांड के पदार्थ का 85% हिस्सा बनाने वाले एक रहस्यमय पदार्थ की तलाश कर रहे हैं, संयुक्त राज्य अमेरिका में किए गए क्षेत्र के सबसे बड़े वैश्विक प्रयोग में एक अद्वितीय कण परस्पर क्रिया की पहचान करने की सूचना दी है। यह घटना वर्तमान वैज्ञानिक ज्ञान से आसानी से समझाई नहीं जा सकती है।

एक व्याख्या के अनुसार, यह असामान्य ऊर्जा संकेत किसी परमाणु के नाभिक और WIMP, एक सैद्धांतिक और भारी कण, के टकराव का परिणाम हो सकता है जो डार्क मैटर का संभावित उम्मीदवार है। हालांकि, टीम ने जोर देकर कहा कि यह कोई निश्चित खोज नहीं है, बल्कि विज्ञान के सबसे बड़े रहस्यों में से एक की जांच के लिए एक आशाजनक शुरुआती बिंदु है।

नॉर्थवेस्टर्न विश्वविद्यालय, यूएसए के शोधकर्ता और अध्ययन के सह-लेखक, एरिक डाहल ने टिप्पणी की: 'डार्क मैटर की खोज में अपने 20 वर्षों में, यह सबसे दिलचस्प घटना है जिसे मैंने देखा है।' यदि यह सीधे डार्क मैटर का पता लगाना साबित होता है, तो इसका मतलब होगा कि यह अनुमान से कहीं अधिक रहस्यमय है।

डार्क मैटर क्या है

दशकों से ज्ञात है कि ब्रह्मांडीय पदार्थ का अधिकांश भाग एक अदृश्य और लगभग पता न लगाने योग्य प्रकार के पदार्थ से बना है, जिसका अस्तित्व केवल अन्य खगोलीय पिंडों पर इसके गुरुत्वाकर्षण प्रभावों से अनुमान लगाया जाता है।

इस समझ में एक मील का पत्थर 1970 के दशक में आया, जब अमेरिकी खगोलशास्त्री वेरा रुबिन ने एक अजीब घटना देखी: आकाशगंगाओं के किनारों पर तारे केंद्रीय तारों के समान गति से परिक्रमा कर रहे थे। यह अपेक्षित भौतिकी नियमों का खंडन करता था, क्योंकि केंद्र से दूर जाने पर कक्षीय वेग कम होना चाहिए, जैसा कि हमारी सौर प्रणाली में होता है, जहां बुध नेपच्यून की तुलना में बहुत तेजी से परिक्रमा करता है।

रुबिन ने निष्कर्ष निकाला कि परिधीय तारों की उच्च गति का सुझाव था कि उन्हें आकाशगंगा से बाहर निकाल दिया जा सकता है, जब तक कि पर्याप्त गुरुत्वाकर्षण बल लगाने वाला कोई अदृश्य द्रव्यमान मौजूद न हो जो इसे एकजुट रखे। उनके माप को डार्क मैटर के प्राथमिक प्रमाणों में से एक माना जाता है। वर्तमान में, अनुमान है कि ब्रह्मांड के 84% पदार्थ डार्क मैटर है, जबकि केवल 16% सामान्य, दृश्य पदार्थ (जैसे ग्रह, तारे और मनुष्य) है।

हालांकि इस पदार्थ के गुरुत्वाकर्षण का पता लगाया गया है, इसकी संरचना अज्ञात बनी हुई है। वैज्ञानिक अनुमान लगाते हैं कि यह नए कणों से बना हो सकता है, जिस तरह सामान्य पदार्थ क्वार्क जैसे अविभाज्य कणों से बना होता है। सबसे स्वीकृत परिकल्पना यह प्रस्तावित करती है कि डार्क मैटर WIMPs से बना है, जो 'कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करने वाला विशाल कण' का अंग्रेजी संक्षिप्त नाम है।

ये सैद्धांतिक कण बेहद भारी होते हैं - प्रोटॉन से कम से कम सौ गुना अधिक द्रव्यमान के साथ - लेकिन वे केवल गुरुत्वाकर्षण और कमजोर परमाणु बल के माध्यम से परस्पर क्रिया करते हैं, जो ब्रह्मांड के मौलिक बलों में से एक है। विद्युत चुम्बकीय विकिरण (प्रकाश, रेडियो तरंगें, अवरक्त, आदि) के साथ उनकी बातचीत की कमी उनके स्थान को अत्यंत कठिन बना देती है।

क्या हमने डार्क मैटर ढूंढ लिया है?

LUX–ZEPLIN, या LZ प्रयोग, जो संयुक्त राज्य अमेरिका के दक्षिण डकोटा में एक पुरानी सोने की खान में 1.5 किलोमीटर की गहराई पर स्थित है, WIMPs की इस खोज में मुख्य उपकरण है। यह जटिल उपकरण 30 से अधिक अनुसंधान संस्थानों को शामिल करने वाले एक अंतरराष्ट्रीय सहयोग द्वारा बनाए रखा जाता है।

LZ दस टन शुद्ध और तरल ज़ेनॉन वाले एक विशाल भंडार के साथ काम करता है। यह नोबल गैस -108 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर तरल में बदल जाती है। LZ का सिद्धांत सरल है: यदि WIMPs पृथ्वी पर मौजूद हैं, तो उनमें से एक अंततः टैंक में ज़ेनॉन परमाणु से टकराएगा, जिससे मापने योग्य ऊर्जा संकेत उत्पन्न होगा।

2021 से, प्रयोग WIMP के सबसे व्यापक रूप से फैले हुए सैद्धांतिक मॉडल के अनुरूप संकेतों की निगरानी कर रहा था, जहां कण धीरे-धीरे चलता और ज़ेनॉन के नाभिक पर उसका प्रभाव एक निम्न ऊर्जा संकेत उत्पन्न करता। शुरू में, खोज सफल नहीं हुई। हाल ही में, वैज्ञानिकों ने अन्य WIMP मॉडलों के अनुरूप संकेतों को शामिल करने के लिए विश्लेषण का विस्तार किया, जो अधिक विस्तृत सिद्धांतों से उत्पन्न होते हैं, जो उच्च ऊर्जा संकेतों की भविष्यवाणी करते हैं।

इसी संदर्भ में एक विसंगतिपूर्ण घटना दर्ज की गई। 16 जून, 2023 को, कुछ ने LZ टैंक में एक महत्वपूर्ण ऊर्जा संकेत उत्पन्न किया, जिसकी उत्पत्ति वैज्ञानिक निर्धारित नहीं कर पाए हैं। एक संभावना यह है कि यह घटना एक अलग, अधिक विशाल और ऊर्जावान WIMP के कारण हुई है, जो मानक मॉडल में अनुमानित नहीं है, हालांकि जरूरी नहीं कि यह सबसे ज्ञात मॉडल के अनुरूप हो।

हालांकि, कोई आधिकारिक पुष्टि नहीं है; शोधकर्ताओं को डर है कि संकेत संदूषण या पृष्ठभूमि शोर का परिणाम हो सकता है। टीम ने अन्य संभावनाओं की गणना करने में महीनों बिताए और कोई स्पष्ट स्पष्टीकरण नहीं पाया, यह अनुमान लगाते हुए कि घटना केवल सांख्यिकीय उतार-चढ़ाव या पृष्ठभूमि शोर होने की संभावना केवल 0.5% है। इन निष्कर्षों को सितंबर की शुरुआत में जापान में एक सम्मेलन में प्रस्तुत किया गया था और लेख सहकर्मी समीक्षा की प्रतीक्षा में एक प्री-प्रकाशन के रूप में उपलब्ध कराया गया था। टीम अध्ययन को फिजिकल रिव्यू लेटर्स पत्रिका में जमा करने की योजना बना रही है।

ब्राउन विश्वविद्यालय, यूएसए के भौतिकी प्रोफेसर और प्रयोग के प्रभारी, रिक गैट्सकेल ने जोर देकर कहा: 'केवल एक घटना के साथ, हम जल्दबाजी नहीं करना चाहते हैं। हम यह दावा नहीं कर रहे हैं कि हमने डार्क मैटर का पता लगाया है। हालांकि, हमने कुछ दिलचस्प देखा है जिसे हम वैज्ञानिक समुदाय के साथ साझा करना चाहते हैं ताकि उनकी राय मिल सके।'

वैज्ञानिक समुदाय उत्साहित लेकिन सतर्क है, क्योंकि इस क्षेत्र में ऐतिहासिक अविश्वास है, जहां डार्क मैटर के पिछले दावे गणना त्रुटियों या हस्तक्षेपों के रूप में सामने आए हैं। सकारात्मक दृष्टिकोण यह है कि यदि डेटा वास्तव में डार्क मैटर से आता है, तो इसे दोहराया जाना चाहिए। वैज्ञानिकों ने LZ द्वारा एकत्र किए गए डेटा के केवल एक छोटे हिस्से का उपयोग किया है, जो वर्षों तक चालू रहेगा। इसके अतिरिक्त, PandaX-xT जैसे अन्य वैश्विक परियोजनाएं हैं, जो चीन में निर्माणाधीन है और दुनिया का सबसे शक्तिशाली WIMP डिटेक्टर बनने का वादा करती है।