آزمایشی سرد نزدیک به صفر مطلق سرنخ‌هایی از ماده تاریک پیدا می‌کند
از طرف دانشگاه عبری اورشلیم
فیزیک‌دانان با استفاده از آشکارسازهای نزدیک به صفر مطلق به حساسیتی بی‌سابقه در جستجوی ماده تاریک نوری دست یافته‌اند.
پروژه علمی پیشرو به نام QROCODILE که توسط دانشگاه زوریخ و دانشگاه عبری اورشلیم رهبری می‌شود، به حساسیتی بی‌نظیر در جستجوی ماده تاریک نوری دست یافته است. با به‌کارگیری آشکارسازهای سوپرکنیدکتور که در دماهای نزدیک به صفر مطلق سرد شده‌اند، تیم پژوهشی محدودیت‌های پیشرو جهانی دربارهٔ نحوه تعامل ماده تاریک با ماده عادی را تعیین کرده و افق‌های جدیدی برای کشفیات در یکی از معماهای دیرینه فیزیک گشوده است.
ماده تاریک، مادهٔ مرموزی که برآورد می‌شود تقریباً ۸۵ درصد از جرم کل جهان را تشکیل دهد، همچنان دانشمندان را در تعجب نگه می‌دارد. این ماده نور تولید یا جذب نمی‌کند و نمی‌توان آن را به‌صورت مستقیم شناسایی کرد؛ به همین دلیل پژوهشگران وجود آن را تنها از اثرات گرانشی‌اش بر کهکشان‌ها و ساختارهای کیهانی استنتاج می‌کنند. با وجود چندین دهه آزمایش، تا کنون هیچ‌کس موفق به مشاهدهٔ مستقیم ذرات ماده تاریک نشده است.
یک تیم بین‌المللی فیزیک‌دانان اکنون نتایج اولیهٔ امیدوارکننده‌ای از آزمایش QROCODILE (آبصداری سرما‌سوزی بهینه‌سازی‌شده برای وضوح کوانتومی ماده تاریک در انرژی پایین) گزارش می‌کند. این همکاری که تحت رهبری دانشگاه زوریخ و دانشگاه عبری اورشلیم و با مشارکت دانشگاه کورنل، مؤسسه فناوری کارلس‌روا (KIT) و MIT برگزار شده است، رویکردی قدرتمند و نوین برای بررسی امکان وجود ذرات «ماده تاریک نوری» به نمایش گذاشته است.
آشکارساز سوپرکنیدکتور فوق‌حساس
در قلب QROCODILE یک آشکارساز سوپرکنیدکتور پیشرفته قرار دارد که قادر به اندازه‌گیری رسوبات انرژی فوق‌العاده ضعیف — تنها تا ۰٫۱۱ الکترون‌ولت — است؛ این مقدار میلیون‌ها برابر کمتر از انرژی‌هایی است که معمولاً در آزمایش‌های فیزیک ذرات شناسایی می‌شوند. این حساسیت، جبهه‌ای کاملاً نوین را می‌گشاید: آزمون وجود ذرات ماده تاریک بسیار نوری با جرمی که هزاران برابر کمتر از آنچه در آزمایش‌های پیشین بررسی شده، دارد.
در یک دورهٔ علمی که بیش از ۴۰۰ ساعت در دماهای نزدیک به صفر مطلق ادامه یافت، تیم تعداد کمی سیگنال‌های نامعلوم را ثبت کرد. اگرچه این رویدادها هنوز به‌عنوان ماده تاریک تأیید نشده‌اند — ممکن است ناشی از پرتوهای کیهانی یا تابش پس‌زمینهٔ طبیعی باشند — اما این سیگنال‌ها به پژوهشگران این امکان را می‌دهند تا محدودیت‌های جدیدی در سطح جهانی دربارهٔ تعامل ذرات ماده تاریک نوری با الکترون‌ها و هسته‌های اتمی تعیین کنند.
یکی دیگر از نقطه‌قوی این آزمایش، قابلیت تشخیص جهت‌گیری سیگنال‌های ورودی است. از آنجایی که زمین در هالهٔ کهکشانی حرکت می‌کند، انتظار می‌رود ذرات ماده تاریک از جهت خاصی به سمت ما بیایند. به‌روزرسانی‌های آینده می‌توانند به دانشمندان امکان تفکیک سیگنال‌های واقعی ماده تاریک از نویزهای پس‌زمینهٔ تصادفی را بدهند؛ گامی حیاتی برای رسیدن به کشف قطعی.
پروفسور یونیت هوچبرگ از مؤسسه فیزیک رچا در دانشگاه عبری، که یکی از دانشمندانی است که رهبری پروژه را بر عهده دارد، می‌گوید: «برای اولین بار ما محدودیت‌های جدیدی بر وجود ماده تاریک نوری وضع کردیم. این گام مهمی به سمت آزمایش‌های بزرگ‌تری است که می‌توانند در نهایت به شناسایی مستقیم مورد انتظار برسند.»
مرحلهٔ بعدی پروژه، NILE QROCODILE، حساسیت آشکارساز را بیشتر ارتقا می‌دهد و آزمایش را به زیرزمین منتقل می‌کند تا از پرتوهای کیهانی محافظت شود. با بهبود محافظت، آرایه‌های بزرگ‌تر آشکارساز و آستانه‌های انرژی حتی پایین‌تر، پژوهشگران هدف دارند مرزهای درک ما از جهان تاریک را جابه‌جا کنند.
مرجع: «اولین جستجوی ماده تاریک زیر‑مِگا الکترون‌ولت با آزمایش QROCODILE با استفاده از آشکارسازهای تک‑فوتونی نانوسیمولی سوپرکنیدکتور» توسط لارا بودیس، الکساندر بیزمارک، نوآه بروگر، کیارا کپلی، ایلیا چارایِو، خوزه کوئِنکا گارسیا، گای دانیل هاداس، یونیت هوچبرگ، جودیت ک. هومن، الکساندر کاونر، کریستین کوس، آرتم کوزمین، بنجامین وی. له‌مان، سورنین نِگیلی، تیتوس نوپرت، ب‌جورن پنینگ، دیئگو رامیرز گارسیا و آندریاس شیلینگ، ۲۰ اوت ۲۰۲۵، Physical Review Letters.
DOI: ۱۰.۱۱۰۳/۴hb6-f6jl