كاشف المادة المظلمة الأكثر حساسية في العالم... لم يعثر على شيء

صياد صامت من تحت الأرض

بنى العلماء الزينون تحت الأرضي "لكس" في 2012 في محاولة للعثور على أدلة حول أحد أقدم ألغاز الكون: المادة المظلمة. وفي حال لم تكن تعرف، فإن المادة المظلمة هي مادة خفية يبدو أنها تشكل حوالي 20% من الكون. ما المشكلة إذاً؟ المشكلة أنه ليس لدينا أدنى فكرة عن ماهيتها.

كان الفريق واثقاً أن الحساسية الفائقة لكشاف لكس ستسمح له بتحديد أي جسيمات من المادة المظلمة، إن صادفها. يعمل كشاف لكس تحت مسافة ميل من الصخر في منشأة سانفورد البحثية تحت الأرض في منطقة بلاك هيلز في ساوث داكوتا، وذلك لمنع إشعاعات الخلفية (الإشعاع المتبقي من آثار الانفجار الكبير) من التأثير على النتائج بالتداخل مع أية إشارات مادة مظلمة محتملة.

تقع حجرة لكس على عمق ميل واحد تحت الأرض. حقوق الصورة:Carlos H. Faham.

ورد في ملاحظات التجربة: "على عمق ميل واحد تحت الأرض، ينخفض تدفق الأشعة الكونية بمعامل مليون مقارنة مع السطح، ما يجعلها بالكاد تحت السيطرة". ولكن على الرغم من أن حساسية لكس تجاوزت هدف المشروع بكثير (أربعة أضعاف الهدف)، إلا أنه فشل في كشف أية آثار لجسيمات المادة المظلمة.

كانت هذه النتيجة خاتمة تشغيله الأخير في عملية بحث على مدى 20 شهراً بدأت منذ أكتوبر 2013.

يقول ريك جايتسكيل، بروفسور الفيزياء في جامعة براون وأحد الناطقين باسم تجربة لكس: "لقد أدى لكس، من حيث الحساسية والوثوقية، بشكل أفضل مما كنا نتوقعه. بشكل عام، نحن نفضّل العمل مع كشافاتنا لأطول وقت ممكن، ولكن الوقت قد حان لأخذ العبرة من تجربة لكس وتطبيقها على العمليات المستقبلية، للبحث عن المادة المظلمة".

البحث على نحو أعمى عن الويمب

من المرجح أن الحيرة تملأ رأسك متسائلاً: "كيف نبحث عن المادة المظلمة ونحن لا نعرف حتى ما هي المادة المظلمة؟"

تكمن الإجابة في البحث عن الويمب (WIMPs)وهي اختصار للعبارة “weakly interacting massive particles” أو "الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل"، وهي جسيمات افتراضية تعتبر المرشح الأول لتكون المادة المظلمة، ويمكن كشفها بتفاعلها الضعيف مع جسيمات أخرى، وهو تفاعل ضعيف جداً لدرجة أن هذه الجسيمات، من الناحية النظرية، تعبر أجسادنا طوال الوقت من دون أننلاحظ شيئاً.

لقد بُني كشّاف لكس ليكون عالي الحساسية بسبب هذه الطبيعة النظرية، حيث أن الزينون المسال عالي النقاوة سيضيء عند اتصاله مع أدنى قدر من الطاقة ضمن الخزان، وعندها ستلتقط الإشارات حساسات شديدة الحساسية قادرة حتى على كشف وجود فوتون واحد.

الزينون هو الأثقل والأكثر قابلية للتفاعل من بين الغازات النبيلة (أو الخاملة) غير المشعة

على الرغم من أن لكس لم يتمكن حتى الآن من الحصول على أية نتائج إيجابية، إلا أن الباحثين يقولون؛ إن التجربة لم تكن عديمة النفع تماماً. مع إنهاء عمل لكس، سيظهر جيل جديد من الكشّافات مكانه ليكمل ما بدأه.

تعتبر تجربة لكس-زيبلين (LZ) من تجارب الجيل المقبل التي تعمل انطلاقاً من تجربة لكس الأصلية، وستكون البديل عنها في منشأة سانفورد البحثية تحت الأرض.

يقول هاري نيلسون من جامعة كاليفورنيا، وجامعة سانتا باربارا، والناطق باسم تجربة لكس-زيبلين:"إن الابتكارات في تجربة لكس ستشكّل الأساس لتجربة لكس-زيبلين. نتوقع من LZ أن يحقق حساسية تفوق حساسية لكس بسبعين ضعفاً. يستمر برنامج LZ بقطع مراحله المختلفة، بدعم كبير من مخبر سانفورد، وقسم الطاقة وكافة المتعاونين من مؤسسات وعلماء. سيكون LZ جاهزاً في 2020."