वैज्ञानिक डार्क मैटर की खोज में लगे थे, उन्हें कुछ अजीब मिला

 

दक्षिण डकोटा में एक प्रयोग से मिला अकेला संकेत किसी भी ज्ञात कण के प्रोफाइल से मेल नहीं खाता, भौतिक विज्ञानी कहते हैं।

 

-कैटरीना मिलर द्वारा-

सैकड़ों भौतिक विज्ञानी वर्षों से भूमिगत गहराई में लगे एक डिटेक्टर से आए आंकड़ों की बारीकी से जांच कर रहे हैं। वे ब्रह्मांड के उस अंधेरे और पहुंच से बाहर हिस्से से आने वाली सबसे हल्की फुसफुसाहट सुनने की कोशिश कर रहे हैं। वे LZ डार्क मैटर प्रयोग चला रहे हैं, ताकि उस अदृश्य पदार्थ को खोज सकें जिसकी गुरुत्वाकर्षण शक्ति आकाशगंगाओं और तारों की गति को नियंत्रित करती है।हो सकता है कि उन्हें आखिरकार कुछ मिल गया हो।

 

डार्क मैटर ब्रह्मांड का एक अदृश्य पदार्थ है जिसे हम न तो आँखों से देख सकते हैं और न ही किसी दूरबीन से। इसे डार्क इसलिए कहा जाता है क्योंकि यह न तो प्रकाश छोड़ता है, न अवशोषित करता है और न ही परावर्तित करता है। फिर भी इसकी मौजूदगी साफ-साफ महसूस होती है क्योंकि यह गुरुत्वाकर्षण पैदा करता है। वैज्ञानिकों के अनुसार ब्रह्मांड के कुल पदार्थ का करीब 85 प्रतिशत हिस्सा यही डार्क मैटर है। बाकी सिर्फ 15 प्रतिशत पदार्थ ही वह है जिसे हम तारे, ग्रह, गैस और धूल के रूप में देख पाते हैं। आकाशगंगाएँ जितनी तेजी से घूम रही हैं, उतनी गति के लिए उनमें दिखने वाले पदार्थ से कहीं ज्यादा द्रव्यमान होना चाहिए। इसी तरह आकाशगंगा समूहों में प्रकाश के मुड़ने से भी डार्क मैटर की मौजूदगी का पता चलता है। सरल शब्दों में कहें तो यह वैसा ही है जैसे किसी कमरे में आप सिर्फ रोशनी वाले सामान देख पा रहे हों, लेकिन कमरे का ज्यादातर हिस्सा अंधेरे में छिपा हो। वैज्ञानिक अभी भी इसकी सही प्रकृति समझने की कोशिश कर रहे हैं और सबसे लोकप्रिय उम्मीदवार WIMP नामक कण हैं, जिनकी खोज LZ जैसे प्रयोगों में की जा रही है।

शोधकर्ताओं ने मंगलवार को एक पेपर में एक रोमांचक नया परिणाम साझा किया। इसमें एक कण का दूसरे कण पर हल्का-सा धक्का बताया गया है। इस घटना ने LZ डिटेक्टर में एक अजीब संकेत दर्ज किया। यह डिटेक्टर दक्षिण डकोटा के सैनफोर्ड अंडरग्राउंड रिसर्च फैसिलिटी में स्थित है।

भौतिक विज्ञानी सावधानी से यह दावा नहीं कर रहे कि उन्होंने डार्क मैटर का पता लगा लिया है। लेकिन वे कह रहे हैं कि यह घटना उप-परमाणु दुनिया में किसी भी अन्य ज्ञात कण इंटरैक्शन के विवरण से मेल नहीं खाती।

LZ सहयोग के प्रवक्ता रिचर्ड गैट्सकेल ने कहा, “इस बिंदु पर, हम व्यापक वैज्ञानिक समुदाय से प्रतिक्रिया पाने में रुचि रखते हैं। आंतरिक रूप से इतना काम करने के बाद, हम बाकी दुनिया से इन परिणामों के बारे में बात करने के लिए तैयार महसूस कर रहे थे।”

ये निष्कर्ष पहले जापान में एक पार्टिकल एस्ट्रोफिजिक्स सम्मेलन में घोषित किए गए। कुछ घंटों बाद LZ सहयोग ने अपने वेबसाइट पर परिणामों का विवरण देने वाला पेपर अपलोड कर दिया। यह पेपर पीयर रिव्यू के लिए जर्नल फिजिकल रिव्यू लेटर्स में जमा किया जाएगा।

टेक्सास विश्वविद्यालय, ऑस्टिन की सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी कैथरीन फ्रीज (जो इस काम में शामिल नहीं थीं) ने कहा, “मैं बेहद, बेहद उत्साहित हूं।” उन्होंने कहा कि LZ टीम ने अपने आंकड़ों का विश्लेषण करने के लिए जो तकनीकें इस्तेमाल कीं, वे “शानदार” थीं।

डार्क मैटर दशकों से सीधे पता लगाने से बचता रहा है क्योंकि यह कोई प्रकाश उत्सर्जित, अवशोषित या परावर्तित नहीं करता। यह उतना ही व्यापक है जितना कि पहुंच से बाहर। यह हमारे ब्रह्मांड के पदार्थ का 85 प्रतिशत हिस्सा बनाता है, और कण भौतिक विज्ञानी इसकी प्रकृति को समझने के लिए उत्सुक हैं।

सैद्धांतिक वैज्ञानिकों ने दर्जनों विचार गढ़े हैं कि डार्क मैटर किस तरह का कण हो सकता है और वह सामान्य पदार्थ के साथ कैसे परस्पर क्रिया कर सकता है। सबसे लोकप्रिय उम्मीदवारों में से एक है कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करने वाला भारी कण — जिसे मजाक में WIMP कहा जाता है। यह उप-परमाणु पैमाने पर अपेक्षाकृत भारी होता है और मुख्य रूप से गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से दृश्य ब्रह्मांड से जुड़ता है।

सिद्धांतों के अनुसार, बहुत कम ही WIMP परमाणु नाभिक से टकरा सकते हैं। यह टक्कर थोड़ी लेकिन पता लगाने योग्य ऊर्जा पैदा करती है।

प्रयोगात्मक भौतिक विज्ञानी दशकों से बड़े से बड़े कण डिटेक्टरों में ऐसे संकेत की खोज कर रहे हैं, ताकि किसी WIMP को क्रिया करते हुए पकड़ सकें। लगातार उन्नत तकनीकों के बावजूद उनकी खोजें अब तक विफल रही हैं।

शायद अब तक। LZ डिटेक्टर सात टन से अधिक तरल जेनॉन से भरा एक टैंक है। टैंक में प्रवेश करने वाले कण जब जेनॉन परमाणुओं से प्रतिक्रिया करते हैं तो विशिष्ट प्रकाश की चमक और इलेक्ट्रॉनों की धारा पैदा करते हैं। इन संकेतों से आने वाले कण के द्रव्यमान और डिटेक्टर के अंदर उसकी स्थिति के बारे में जानकारी मिल सकती है।

LZ भौतिक विज्ञानी WIMP का पता लगाने की संभावना को अधिकतम करने के लिए बहुत प्रयास करते हैं, ताकि संकेत उन कई अन्य इंटरैक्शनों से दब न जाए जो डिटेक्टर में दिखाई देते हैं और जो पहले से ज्ञात कणों के कारण होते हैं।

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिलस की LZ भौतिक विज्ञानी अल्वाइन कामहा (जिन्होंने डिटेक्टर के निर्माण की देखरेख में मदद की) ने कहा, “यह कुछ-कुछ घास के ढेर में सुई खोजने जैसा है।”

यह प्रयोग एक मील भूमिगत स्थित है क्योंकि चट्टानें अंतरिक्ष से आने वाली विकिरण की बौछार से इसे बचाती हैं। अन्यथा LZ डिटेक्टर में हर सेकंड हजारों कण इंटरैक्शन होते। डिटेक्टर के चारों ओर पानी न्यूट्रॉनों को रोकता है, जो डार्क मैटर जैसे संकेत पैदा कर सकते हैं। और जेनॉन को शुद्ध किया जाता है ताकि कोई रेडियोधर्मी संदूषक न रहे जो अवांछित कण घटनाएं पैदा कर सकें।

परिणामस्वरूप, भौतिक विज्ञानी उम्मीद करते थे कि डिटेक्टर इतना शांत होगा कि वह एक WIMP को सुन सके।

महीनों तक LZ प्रयोग ने हर दिन दर्जनों कण इंटरैक्शन दर्ज किए। शोधकर्ताओं ने उन आंकड़ों के 220 दिनों की छानबीन की और जो भी WIMP इंटरैक्शन के सबसे सरल सैद्धांतिक प्रोफाइल से मेल नहीं खाता था, उसे हटा दिया। पहले तो उन्हें कुछ नहीं मिला। लेकिन फिर उन्होंने खोज का विस्तार किया और अधिक जटिल सिद्धांतों से आने वाले काल्पनिक WIMP कणों पर विचार किया।

बचा एक ही घटना: 16 जून 2023 को एक कण डिटेक्टर में घुसा और एक जेनॉन परमाणु के नाभिक से टकराया। यह प्रकाश की चमक और आवेश की धारा के रूप में सामने आया।

इस पहचान के फ्लूक (संयोग) होने की संभावना लगभग 1 में 400 है, या कण भौतिक विज्ञानियों द्वारा पसंद की जाने वाली अनिश्चितता की इकाइयों में लगभग 3-सिग्मा का विश्वास स्तर। (खोज का दावा करने के लिए 5-सिग्मा का विश्वास स्तर स्वर्ण मानक माना जाता है।)

डॉ. गैट्सकेल ने कहा कि यह अकेला घटना रोचक है, लेकिन यह संभव है कि यह सामान्य पदार्थ किसी ऐसी तरह से परस्पर क्रिया कर रहा हो जिसे वैज्ञानिक अभी अच्छी तरह नहीं समझते।

केवल समय — और अधिक आंकड़े — ही बताएंगे। डिटेक्टर ने तब से लगभग चार गुना अधिक घटनाएं दर्ज की हैं जितनी नवीनतम अध्ययन में इस्तेमाल की गईं, इसलिए LZ टीम के पास छानने के लिए बहुत अधिक कण हैं। इटली और चीन में दो अन्य प्रयोग भी तरल जेनॉन डिटेक्टरों का उपयोग करके डार्क मैटर की खोज कर रहे हैं।

डॉ. गैट्सकेल ने स्वीकार किया कि उनके पास पर्याप्त जानकारी नहीं है कि क्या वे प्रयोग LZ के रहस्यमय कण पर प्रकाश डाल पाएंगे। उन्होंने कहा, “लेकिन यही मेरी आशा होगी। विज्ञान को इसी तरह विकसित होना चाहिए।”

इस बीच, खोज जारी है।

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कैटरीना मिलर टाइम्स की शिकागो स्थित विज्ञान रिपोर्टर हैं। उन्होंने शिकागो विश्वविद्यालय से भौतिकी में पीएच.डी. की है।