در جستجوی ماده تاریک در معدن طلا

اعتقاد بر این است که میزان وجود ماده تاریک در کیهان پنج برابر ماده عادی است. اما تعامل آن با ماده های دیگر — مانند پروتون ها و الکترون ها که اشیاء اطراف ما را می سازند — آن چنان ضعیف است که تلاش های ما را برای شناسایی مستقیم آن به چالش می کشد.

گویا آی تی – ماده تاریک حتی با نور نیز تعامل ندارد، به همین دلیل است که ما آن را ماده تاریک می نامیم. اما این بدین معنا نیست که شناسایی آن غیر ممکن است. ما به روش های گوناگون می توانیم ماده تاریک را جستجو کنیم.
ما همچنین می توانیم با استفاده از شتاب دهنده های ذرات پر انرژی، مانند برخورد دهنده بزرگ هادرون در آزمایشگاه CERN، ماده تاریک را تولید کنیم.
ما همچنین می توانیم مناطقی از فضا که ماده تاریک متمرکز شده را رصد کنیم ، مانند مرکز کهکشان ها، تا نشانه هایی از برخورد ماده تاریک با ماده عادی را بیابیم.
در نهایت، ما می توانیم با ساختن ردیاب های کاملاً حساس به طور مستقیم سیگنال های ماده تاریک را جستجو کنیم، این ردیاب ها می توانند لحظه برخورد ذرات ماده تاریک با ذرات ماده عادی را شناسایی کنند.

در ماه ژانویه ۲۰۱۷، کار بر روی ساخت چنین ردیابی در معدن طلای استاول در ویکتوریای استرالیا آغاز خواهد شد، این معدن یک کیلومتر در زیر زمین قرار دارد.
جستجوهای مستقیم زیادی برای یافتن ماده تاریک در سراسر جهان در حال انجام است، اما آزمایش آزمایشگاه فیزیک زیرزمینی استاول (SUPL) اولین نوع از این آزمایشات در نیم کره جنوبی خواهد بود.
دلیل این که این حسگرها در چنین عمقی از زمین قرار می گیرند این است که اختلالات اشعه های کیهانی بر روی آنها تاثیر نگذارند. اشعه های کیهانی ذرات با انرژی بالا هستند که دائماً زمین را بمباران می کنند.

این اشعه های کیهانی بسیار پر انرژی هستند بنابراین برای مسدود کردن آنها و جلوگیری از ایجاد تداخل در آزمایش به تجهیزات و مواد زیادی احتیاج است.
تاکنون فقط یک ادعای شناسایی مستقیم ماده تاریک توسط آزمایش DAMA-LIBRA در آزمایشگاه زیرزمینی Gran Sasso در ایتالیا وجود داشته است.
در این آزمایش از کریستال های یدید سدیم دارای تالیوم استفاده شده، به طوری که وقتی ماده تاریک با اتم های ماده عادی در کریستال ها برخورد کند یک تابش نور به سختی قابل شناسایی را منتشر می کند.
با این وجود، به نظر می رسد این آزمایش ردیابی با آزمایش های دیگر ناسازگار باشد. در آزمایش های دیگر مانند LUX و XENON، از مواد هدف و روش های ردیابی متفاوت استفاده می شود که تاکنون هیچ سیگنالی از ماده تاریک مشاده نکرده اند، در صورتی که حساسیت بیشتری دارند.
در عمل اثبات شده است که ارائه تئوری های ماده تاریک که سازگاری آزمایش DAMA-LIBRA را با جستجوهای تجربی دیگر امکان پذیر سازند بسیار دشوار است.

ماده تاریک برای تمام فصول
این اعتقاد وجود دارد که کهکشان مارپیچی ما در حال چرخش به درون مقادیر زیاد و غیر متراکمی از ماده تاریک ساکن است. با چرخش کهکشان از میان ماده تاریک، خورشید ما ” تندباد” ثابتی از ماده تاریک را تجربه می کند.

به دلیل وجود مقدار زیاد ماده تاریک در اطراف ما سرعت چرخش زمین به دور خورشید تغییر می کند، به همین دلیل ما انتظار داریم که شاهد تغییر در سیگنال ماده تاریک در طول یک سال باشیم. این تغییر را مدولاسیون (یا دامنه تغییر) سالیانه می نامند.
این چیزی است که آزمایش DAMA-LIBRA گزارش کرده است. با انجام یک آزمایش جدید و بهبود یافته به نام SABRE، که در آن از ردیاب های موجود در دو نیم کره استفاده می شود، ما می توانیم از هرگونه تاثیر فصلی ممکن که بتواند در شکل مدولاسیون سالیانه ظاهر شود جلوگیری کنیم.
ما فکر می کنیم که معدن طلای استاول مکان بسیار مناسبی برای انجام این آزمایش باشد. آن یک معدن پیچشی به سمت پایین است، بدین معنا که دارای یک وروی شیب دار به سمت زیر زمین است که به دور خودش می چرخد.

برای رسیدن به مکان آزمایشگاه SUPL باید به مدت ۳۰ دقیقه در مسیر ۱۵ کیلومتری پیچ در پیچ تونل های زیرزمینی حرکت کرد.
فضای اصلی این آزمایشگاه در یک فضای خالی با پهنای ۱۰ متر و با طول ۳۵ متر که اخیراً در داخل یک تخته سنگ کنده شده، قرار خواهد گرفت.
دیواره های این فضای خالی از طریق چندین پیچ و مهره بلند به تخته سنگ های مجاور متصل خواهند شد و سپس برای استحکام بیشتر سطح این دیواره ها با لایه ضخیمی از بتن پوشانده خواهد شد.

کار حفاری و تقویت دیواره ها در اوایل سال ۲۰۱۷ آغاز می شود و ساخت این آزمایشگاه در اوایل سال ۲۰۱۷ انجام خواهد شد. بخش ها و اجزاء متعلق به نیم کره جنوبی آزمایش SABRE در اواخر سال ۲۰۱۷ وارد آزمایشگاه شده و عملیاتی خواهند شد.
انتظار می رود که آزمایشگاه SUPL در سال های آینده شاهد انجام آزمایش های متعدد دیگری باشد، که آزمایش های فیزیک اتمی تا مطالعات سیستم های بیولوژیکی در محیط های پر تشعشع و کم تشعشع را شامل می شود.
ما امیدواریم که این آزمایش در نهایت بتواند مدارک و شواهد واضحی از این ماده تاریک گریزپا فرآهم کند.