اختراق في تجربة المادة المظلمة: تكنولوجيا مونستر قيد الاستخدام!

اختراق في تجربة المادة المظلمة: تكنولوجيا مونستر قيد الاستخدام!

إن تحديات الفيزياء الحديثة متنوعة، لكن البحث عن المادة المظلمة هو من أعظم التحديات. وتشكل المادة المظلمة حوالي 85% من المادة الموجودة في الكون، لكنها ظلت حتى الآن دون دليل مباشر. ومع ذلك، فإن العثور على الجسيمات الافتراضية التي يمكن أن تكون مسؤولة عن المادة المظلمة يتطلب تقنيات متطورة. ولجامعة مونستر تطور ملحوظ تظهره في هذا السياق: نظام التقطير المستخدم في تجربة المادة المظلمة “XENONnT” في مختبر غران ساسو تحت الأرض في إيطاليا. مثل جامعة مونستر ذكرت والهدف من هذه التقنية هو اكتشاف تفاعلات الجسيمات النادرة للغاية التي يمكن أن توفر معلومات حول طبيعة المادة المظلمة.

تركز هذه التكنولوجيا المبتكرة على الحد من النشاط الإشعاعي لغاز الرادون. الرادون هو غاز مشع يُحدث إشارات تداخل غير مرغوب فيها في أجهزة الكشف، مما يجعل من الصعب قياس الإشارات التي تبحث عنها. ولمواجهة ذلك، قام فريق بقيادة البروفيسور الدكتور كريستيان فاينهايمر من جامعة مونستر بتطوير نظام التقطير المبرد الذي يقلل تركيز الرادون في الكاشف إلى 430 ذرة رادون مذهلة لكل طن من الزينون السائل. وهذه القيمة أقل بمليار مرة من النشاط الإشعاعي الطبيعي لجسم الإنسان، مما يحسن بشكل كبير جودة القياسات. عالي مرض التصلب العصبي المتعدد الحالي أصبحت إشارات التداخل التي يسببها غاز الرادون الآن نادرة جدًا بحيث يمكن مقارنتها بالتداخل الذي تسببه النيوترينوات القادمة من الشمس.

التقدم التكنولوجي والتعاون الدولي

تم تحسين هيكل كاشف XENONnT لضمان نقاء ممتاز للزينون السائل المستخدم. يعمل الكاشف عند درجة حرارة حوالي 95 درجة مئوية تحت الصفر ويحتوي على 8.5 طن من الزينون. إن استخدام مواد فائقة النقاء يقلل بشكل كبير من إشارات التداخل، مما يجعل هذا المشروع رائدًا في أبحاث المادة المظلمة. وفي الوقت نفسه، تفتح التكنولوجيا المتقدمة آفاقًا جديدة لكاشفات أكبر حجمًا وأكثر حساسية، مثل مرصد الزينون السائل XLZD المخطط له، والذي سيعمل بعشرة أضعاف كمية الزينون. وقد تم دعم هذه الإنجازات التكنولوجية من خلال التعاون الدولي الذي تلعب فيه مؤسسات البحث الألمانية أيضًا دورًا. يتلقى البحث الدعم من مجلس البحوث الأوروبي (ERC) والوزارة الاتحادية للبحوث والتكنولوجيا والفضاء.

بالإضافة إلى تطوير الأجهزة، يتم أيضًا بحث الحلول البرمجية للتحكم في ضوضاء الخلفية غير المرغوب فيها في التجارب. يعمل الباحثون على خوارزميات يمكنها تحديد أحداث الرادون وبالتالي الحفاظ على سلامة البيانات. بينما حققت تجربة XENON1T نجاحاً أولياً في هذا الاتجاه، كما في أحدها مقالات حول خلفيات الرادون كما ذكرنا سابقًا، ستكون تجربة XENONnT اللاحقة أكثر كفاءة في تقليل غاز الرادون بسبب التحسينات التي أدخلتها على تصميم الكاشف.

باختصار، إن التقدم المحرز في تقليل تداخل غاز الرادون في تجربة XENONnT لا يزيد من دقة القياس فحسب، بل يضع أيضًا الأساس لتحقيق اختراقات مستقبلية في أبحاث المادة المظلمة. وبفضل الحلول التقنية الجديدة، يتخذ العلماء في جامعة مونستر خطوة مهمة نحو فهم أفضل للكون.