خبر

  • تک بورد - جستجوی بی سر و صدا برای ماده تاریک در اعماق زیر زمین

    جستجوی بی سر و صدا برای ماده تاریک در اعماق زیر زمین
    16 روز و 9 ساعت قبل

    در آن نویسنده برای بازدید از معدن طلا به داکوتای جنوبی سفر می کند - LUX.
    یکی از آرام ترین و تاریک ترین مکان های کیهان در اعماق فضا نیست. در مرکز یک مخزن زنون مایع سرد در یک معدن طلا در عمق بلک هیلز داکوتای جنوبی قرار دارد. باید خیلی آرام باشد: هر ذره سرگردان می تواند آشکارسازهای داخلی مخزن را گیج کند. این آشکارسازها به دنبال سیگنال های کم نور و نادر هستند ، سیگنال هایی که می توانند وجود ماده

    بروزرسانی ، 6 سپتامبر 2021: آخر هفته روز کارگر در ایالات متحده است ، و حتی اگر اکثر ما همچنان به خانه "دفتر" می گوییم ، کارکنان Ars یک آخر هفته طولانی را برای استراحت و استراحت اختصاص می دهند. به و با توجه به اینکه نمی توانیم مانند گذشته در تعطیلات آخر هفته روز کارگر سفر کنیم ، فکر کردیم یکی از سفرهای مورد علاقه خود را از بایگانی ها مجدداً مرور کنیم. این داستان در مورد ماجراجویی ما در آزمایش ماده تاریک زنون بزرگ زیرزمینی (LUX) در داکوتای جنوبی در ابتدا در جولای 2014 اجرا شد و در زیر بدون تغییر ظاهر می شود.

    کل مجموعه - ظرف زنون مایع و گازی ، مخزن آب که آن را پوشانده است و همه آشکارسازها - آزمایش ماده تاریک زنون زیرزمینی بزرگ (LUX) نامیده می شود. تا کنون ، LUX چیزی پیدا نکرده است ، اما روزهای عملکرد آن تازه آغاز شده است: آشکارساز نصب شده و عملیات خود را سال گذشته آغاز کرد.

    اگرچه هنوز نسبتاً جوان است ، اما LUX استانداردهای زیادی را برای شکار ذرات ماده تاریک هنگامی که من بازدید کردم ، این مرکز در حال آماده سازی برای جمع آوری داده های بعدی بود ، که 300 روز کار مداوم را شامل می شود. اندازه و حساسیت آزمایش ، تعهد طراحان آن به درک منابع سر و صدا و سادگی نسبی آشکارساز باعث می شود بسیاری امیدوار شوند که اگر ماده تاریکی یافت شود ، LUX یا جانشین آن آن را پیدا خواهند کرد.

    (من از "آشکارساز" برای توصیف LUX به عنوان یک کل ، علاوه بر آشکارسازهای فوتونی جداگانه که پایان کار آزمایش است ، استفاده می کنم. امیدوارم زمینه مشخص کند که کدام است.)

    البته آخرین "اگر" بزرگ است. ماده تاریک به دلیل نامرئی بودنش قابل توجه است - نه نوری با طول موج جذب می کند و نه ساطع می کند. ما از طریق نیروی گرانشی آن ، نحوه شکل گیری کهکشان ها ، سازماندهی بزرگترین اجرام جهان و تأثیرگذاری بر طیف نور از روزهای اولیه کیهان ، در مورد آن می دانیم. بر اساس ساختار کهکشان ها ، ستاره شناسان گمان می کنند کهکشان از ذرات ساخته شده است. اما اینکه این ذرات چقدر عظیم هستند ، چند نوع ممکن است وجود داشته باشد و نحوه تعامل آنها هنوز هم حدس زده می شود.

    آزمایش LUX درون یک مخزن فلزی حاوی 71،600 گالن آب خالص است. بنابراین ، آشکارساز زنون قابل مشاهده نیست. سر در سمت چپ پایین Rick Gaitskell ، محقق LUX است. آزمایش LUX داخل یک مخزن فلزی حاوی 71،600 گالن آب خالص است ، بنابراین آشکارساز زنون قابل مشاهده نیست. سر در پایین سمت چپ ، RIC Gaitskell ، محقق LUX است. ماتی R. Francis اگر به عنوان مثال ، ماده تاریک با ماده معمولی در هر مقیاسی که هوشمندی تجربی ما در حال حاضر به آن برسد ، تداخل نمی کند ، LUX هیچ اهمیتی نخواهد داشت ، مهم نیست که آزمایش چقدر پیچیده باشد. است.

    تبلیغات

    ریک گایتسکل ، یکی از محققان اصلی LUX ، استاد دانشگاه براون در ایالات متحده است. (او در انگلستان متولد شد و تحصیل کرد ، میراثی که در انتخاب فوق العاده او در پیراهن سه تکه فلانل سبز با جوراب قرمز روشن به دست آمد.) او به Ars گفت: "من 27 سال به دنبال ماده تاریک بودم. ما طی این سالها نتایج متعددی داشته ایم که در نهایت یا چیزی را ندیده ایم یا یکی یا دو مورد چیزی را دیده ایم که در واقع بسیار هیجان انگیز به نظر می رسید ، زیرا در ابتدا بسیاری از ویژگی هایی را که ممکن است با آنها مرتبط باشید نشان داد تعامل ماده تاریک. " با این حال ، هیچ یک از این موارد با آزمایش های بعدی تأیید نشده است - و اکثر آنها اکنون توضیحات پیش پا افتاده ای دارند.

    این ناامیدی گذشته بخشی از آنچه گایتسکل را برانگیخته است. وی هنگامی که به این نتیجه رسید که احتمالاً هرگز موفقیت آمیز نخواهد بود ، آزمایش دیگری را کنار گذاشت: میزان تشخیص ، بر اساس محاسبات ، به ازای هر کیلوگرم مواد آشکارساز ، احتمالاً کمتر از یک ذره ماده تاریک در هر قرن خواهد بود. برای اکثر مواد آشکارساز ، این بدان معناست که هزینه بسیار بالا است. اگر می خواهید ماده تاریک را در مقیاس یک یا دو سال پیدا کنید ، به یک آشکارساز با جرم چند تن متریک نیاز دارید. اما جرم جایی است که LUX و خواهران و برادرانش - مانند آزمایش XENON100 در گران ساسو در ایتالیا - برتری دارند. استفاده از زنون به عنوان وسیله تشخیص مزایای زیادی دارد ، از جمله توانایی ساختن بزرگ. تک شاخ های کوچک کاغذی که روی قفسه سرور و سایر تجهیزات نشسته اند. " src = "https://techbord.com/picsbody/2109/5466-2.jpg" alt = "https://techbord.com جستجوی بی سر و صدا برای ماده تاریک در اعماق زیر زمین"> محفظه آزمایشگاهی LUX دارای تک شاخ های کوچک کاغذی است که بالای قفسه های سرور نشسته اند. و سایر تجهیزات. متی آر فرانسیس برای درک اینکه LUX چگونه ماده تاریک را شکار می کند ، تصمیم گرفتم از آزمایشگاه دیدن کنم و خودم ببینم. این دقیقاً در مکانی نیست که شما را به فکر فیزیک بیاندازد.

    من در اوج مرگ زمستان به داکوتای جنوبی رسیدم. در پایان ماه مارس ، بلک هیلز هنوز پوشیده از برف بود ، اما هوای گرمتر نکات جالبی از بهار را به همراه داشت. خوشبختانه پروازها بین بارش برف در اواخر فصل سقوط کرد ، اگرچه آنقدر برف بارید که بتواند ماشین اجاره ای من را در طول روز زیرزمینی در LUX پوشش دهد. بلک هیلز کوه هایی در مینیاتور و قله های صخره ای شیب دار است که از ارتفاعات پایین تر از دامنه های جلویی بزرگتر راکی ​​یا تتونس سرچشمه می گیرند. با این وجود ، آنها کوههایی هستند که همه چیز را شامل می شود: طوفان های برفی ناگهانی ، دروازه هایی که در مواقع آب و هوای شدید می توانند جاده ها را ببندند و علائم "سقوط سنگ" در همه جا.

    LUX بخشی از تحقیقات زیرزمینی سنفورد است. تأسیسات (SURF) ، که در معدن طلای Homestake در شهر سرب در حال حاضر منقرض شده است. (طنز معدن طلا در سرب به سرعت از بین رفت. نام آن "leed" است ، نه مانند فلز.) کل منطقه از غرب وحشی گذشته خود ، به ویژه شهر مجاور ددوود ، استفاده می کند. هر هتل و پمپ بنزین دارای دستگاه های اسلات و بیلبوردهای بیشماری در کازینوها پرداخت های بزرگ را تبلیغ می کنند. داکوتای جنوبی به طور کلی قوانین بی نظیری در مورد تابلوهای تبلیغاتی دارد ، زیرا هرکسی با ماشین از ایالت عبور می کند می داند. نشانه هایی برای Wall Drug ، Mount Rushmore و دیگر مقاصد گردشگری دیگر وجود دارد که تقریباً کوتوله هستند. در ادامه این روند ، آزمایشگاه دارای علامت وال داروی مخصوص به خود است که نشان می دهد فاصله 97 مایل به صورت افقی و 2037 پا به صورت عمودی است.

    تبلیغات

    طبق استانداردهای تبلیغاتی ، سنفورد و LUX نسبتاً کم هستند آزمایشگاه عموماً برای عموم آزاد نیست. برای رسیدن به آن ، مجبور شدم از طریق همسایه های مسکونی رانندگی کنم از خیابانهای شیب دار (و در آن زمان از سال) پر از برف استفاده کنید. از آنجا که دسترسی به قسمت زیرزمینی آزمایشگاه مستلزم راه اندازی آسانسورهای معدنی است - معروف به "قفس" - مجبور شدم ساعت 6 صبح برای آموزش ایمنی گزارش دهم. حتی با وجود جت لگ کم و بیش به نفع من ، هنوز زود بود که کار کنم ، هر چند که من آن را بهتر از گروه فیلمبرداری بی بی سی که از انگلستان پرواز کرده بودند ، داشتم.

    جلسه ایمنی تا حد زیادی شامل ویدئویی که به ما می گوید در صورت نیاز به تخلیه آزمایشگاه باید چکار کنیم. ما معافیت امضا کردیم ما حتی مجبور بودیم تأیید کنیم که "انتخاب های هوشمندانه" انجام خواهیم داد ، چیزی که به ظاهر بیهوده است که از تعدادی از روزنامه نگاران بدون تجربه استخراج در میان آنها بخواهیم. سرانجام ، قبل از فرود ، مجبور شدیم چکمه های لاستیکی با پنجه فولادی ، لباس های مخصوص ، عینک ایمنی ، کلاه های سخت با فانوس و یک دستگاه تنفسی ویژه اضطراری که به کمربند ابزار سنگین بسته شده بود ، بپوشیم. ما در پایان این پروسه ، خدمه ای با ظاهر جذاب ایجاد کردیم.

    خود قفس ها به اندازه کافی برای حدود 15 نفر بزرگ هستند و دارای ردی در زمین برای چرخ دستی های معدن هستند. آنها هیچ چراغ داخلی ندارند ، بنابراین در طول 10 دقیقه فرود ، بسیاری از خدمه فانوس های کلاه خود را روشن کردند. (این برای کسانی که مبتلا به کلاستروفوبی هستند ، سفری نیست.) حتی موتورهایی که قفس را بالا و پایین می کنند قدیمی هستند: آنها در سال 1939 ساخته شده اند و قرقره های کابل از چدن هستند. اندازه گیرهایی که موقعیت آسانسورها را نشان می دهند ، دیسک های بزرگی با اشاره گر هستند ، یکی دیگر از لمس های آنالوگ دلپذیر.

    گایتسکل ارتفاع سنج هواپیما را به داخل قفس ما آورد تا در زمان واقعی نشان دهد که چقدر در حال فرود هستیم. از آنجا که قسمت بالای معدن تقریباً یک مایل از سطح دریا و آزمایشگاه حدود یک مایل زیر زمین است ، تقریباً به ارتفاع شهر محل زندگی من ریچموند ، ویرجینیا رسیدیم. گوش های من مطمئناً تغییر فشار هوا را ثبت کرده است.

    هر چند این رویکرد روستیک باشد ، آزمایشگاه خود یک مرکز معمول و براق است: تمام لوله های براق ، راه پله های فلزی و کف کاشی. لوازم معمول زندگی اداری فراوان است. کامپیوترها ، تخته های سفید ، کولرهای آبی و (آن وسایل ضروری آزمایشگاهی) دستگاه های اسپرسو در زیر زمین وجود دارد. سالی شاو ، دانشجوی دکتری دانشگاه کالج لندن ، به من گفت: "شما فراموش می کنید آنجا زیر زمین هستید." علاوه بر این ، محققان آزمایشگاه را با لمس شخصی تزئین کرده اند. یک علامت هشدار دهنده به بازدیدکنندگان توصیه می کند که به دانشمندان غذا ندهند و وقتی به اطراف نگاه کردم ، چند شاخ شاخ کاغذی را دیدم که در قفسه های مختلف نشسته بودند. شاو گفت که شاخ های شاخدار احتمالاً به عنوان یک پروژه کسالت شبانه شروع شده اند ، اما آنها به یک شوخی داخلی تبدیل شده اند. از این گذشته ، شکار ماده تاریک مانند جستجوی تک شاخ ها است.





خبرهای دیگر از علوم پایه