दक्षिण-पश्चिम चीन में जिनपिंग पर्वत से लगभग 2,400 मीटर नीचे, दुनिया की सबसे गहरी और सबसे बड़ी भूमिगत प्रयोगशाला आधिकारिक तौर पर खोली गई।यह विशाल स्थान डार्क मैटर पर शोध करने वाले वैज्ञानिकों का है - एक सैद्धांतिक पदार्थ जो ब्रह्मांड के द्रव्यमान का 80% से अधिक बनाता है।
चाइना जिनपिंग अंडरग्राउंड लेबोरेटरी (सीजेपीएल) को 2010 में परिचालन में लाया गया है। तीन साल के निर्माण के बाद, चाइना जिनपिंग अंडरग्राउंड लेबोरेटरी चरण II (सीजेपीएल-II) को दिसंबर 2023 में वैज्ञानिक संचालन में लाया जाएगा।इसकी 330,000 घन मीटर जगह गहराई और आयतन के मामले में पिछले रिकॉर्ड धारक से अधिक है।——ग्रैन सैसो नेशनल लेबोरेटरी (एलएनजीएस), इटली।
बड़ी जगह पार्टिकल एंड एस्ट्रोफिजिक्स क्सीनन डिटेक्शन एक्सपेरिमेंट (पांडाएक्स) और चाइना डार्क मैटर एक्सपेरिमेंट (सीडीईएक्स) जैसी परियोजनाओं को फिर से अपग्रेड करने की अनुमति देती है।शिकागो विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी जुआन कॉलर ने कहा, "यह आश्चर्यजनक है कि उन्होंने एक दशक में क्या हासिल किया है।"
डार्क मैटर हमेशा से ही विज्ञान के लिए एक रहस्य रहा है। भौतिकविदों ने गणना की है कि दृश्यमान पदार्थ से उत्पन्न गुरुत्वाकर्षण इतना कमजोर है कि तेज गति से चलने वाली आकाशगंगाओं को अलग होने से नहीं रोका जा सकता है। इसलिए, उनका सिद्धांत है कि डार्क मैटर उस अदृश्य गोंद की तरह है जो पूरे ब्रह्मांड को एक साथ बांधे रखता है। हालाँकि माना जाता है कि डार्क मैटर हर जगह है,लेकिन यह पता चला है कि सीधे तौर पर डार्क मैटर का अवलोकन करना मुश्किल है, क्योंकि सैद्धांतिक रूप से डार्क मैटर सामान्य पदार्थ के साथ संपर्क नहीं करता है, न ही यह प्रकाश को छोड़ता है, प्रतिबिंबित करता है या अवशोषित करता है। पहले यह सुझाव दिया गया था कि डार्क मैटर का पता लगाया गया था, लेकिन एक प्रतिवाद यह था कि प्रयोग अन्य संकेतों से भ्रमित हो सकते थे।
सीडीईएक्स सहयोग में काम करने वाले ताइवान के एकेडेमिया सिनिका के भौतिक विज्ञानी हेनरी त्सज़-किंग वोंग ने कहा, कण भौतिकी में सबसे बड़े कार्यों में से एक, डार्क मैटर का पता लगाने के लिए वैज्ञानिक सम्मान का इंतजार है।
पहाड़ के नीचे प्रकाश
डार्क मैटर की खोज के लिए सबसे अच्छी जगह भूमिगत है, क्योंकि चट्टान डिटेक्टरों के लिए पृष्ठभूमि "शोर" को अवरुद्ध कर सकती है। उदाहरण के लिए, इटली में नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ न्यूक्लियर फिजिक्स के भौतिक विज्ञानी मार्को सेल्वी ने कहा, अंतरिक्ष से पृथ्वी पर गिरने वाली उच्च-ऊर्जा कण ब्रह्मांडीय किरणें संभावित डार्क मैटर संकेतों को खत्म कर देंगी।पृथ्वी की सतह से काले पदार्थ का पता लगाने की कोशिश करना खचाखच भरे स्टेडियम में एक बच्चे की धीमी आवाज को पहचानने जैसा है।
गहरे भूमिगत वातावरण में, CJPL-II का ब्रह्मांडीय किरण प्रवाह सतह पर केवल 0.000001% है, जो इसे दुनिया में सबसे अच्छी तरह से संरक्षित भूमिगत प्रयोगशालाओं में से एक बनाता है। प्रयोगशाला की दीवारें रबर, कंक्रीट और अन्य सामग्रियों से बनी 10 सेंटीमीटर मोटी सुरक्षात्मक संरचना से भी ढकी हुई हैं, जो डार्क मैटर डिटेक्शन प्रयोगों में हस्तक्षेप से बचने के लिए आसपास के चट्टानों से निकलने वाले पानी और रेडियोधर्मी रेडॉन गैस को रोक सकती हैं।
प्रयोगशाला की अनुसंधान टीम पहले से ही अतिरिक्त स्थान का लाभ उठा रही है। CJPL-II के निर्माण के दौरान, PandaX टीम ने अपने डिटेक्टर को 120 किलोग्राम तरल क्सीनन से 4 टन तक उन्नत किया। जब संभावित डार्क मैटर कण क्सीनन परमाणुओं से टकराते हैं, तो उनकी ऊर्जा प्रकाश की चमक में परिवर्तित हो जाती है जिसे फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर द्वारा पता लगाया जा सकता है।
डिटेक्टर जल्द ही संयुक्त राज्य अमेरिका में LNGS के XENONnT प्रयोग (8.6 टन) और सैनफोर्ड अंडरग्राउंड रिसर्च इंस्टीट्यूट के LUX-ZEPLIN प्रयोग (7 टन) के बराबर हो जाएगा।
पांडाएक्स-4टी डिटेक्टर आवारा कणों से हस्तक्षेप को और अधिक सुरक्षित करने के लिए 900-क्यूबिक-मीटर पूल में स्थित है। टीम के सदस्य और शंघाई जिओ टोंग विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी झोउ निंग ने कहा, "संवेदनशीलता में सुधार होने के बाद, हम विभिन्न प्रकार की बातचीत का परीक्षण करने के लिए डिटेक्टर का उपयोग कर सकते हैं।" टीम अंततः 40-50 टन का क्सीनन डिटेक्टर बनाना चाहती है, जिससे डार्विन प्रयोग (डार्विन प्रयोग) के साथ प्रतिस्पर्धा करने की उम्मीद है, जिसका लक्ष्य 40 टन है।
सीडीईएक्स टीम के सदस्य और बीजिंग में सिंघुआ विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी यू कियान ने कहा, साथ ही, सीडीईएक्स टीम एक जर्मेनियम डिटेक्टर भी तैनात कर रही है, जो क्सीनन प्रयोग द्वारा मांगे गए द्रव्यमान की तुलना में छोटे द्रव्यमान वाले संभावित डार्क मैटर कणों की खोज कर सकती है। सीडीईएक्स डिटेक्टर को 1 किलोग्राम जर्मेनियम से 10 किलोग्राम जर्मेनियम में अपग्रेड किया गया है, और 1-टन डिटेक्टर सरणी बनाने की योजना है। यदि कोई डार्क मैटर कण इस डिटेक्टर से टकराता है, तो इसकी परस्पर क्रिया से एक विद्युत आवेश उत्पन्न होना चाहिए, जो विद्युत संकेत में परिवर्तित हो जाता है। यू कियान को उम्मीद है कि सीडीईएक्स अधिक अंतरराष्ट्रीय सहयोग आकर्षित कर सकता है, और भारत और तुर्की के शोधकर्ता पहले ही इसमें शामिल हो चुके हैं।
सेल्वी ने कहा कि हालांकि विभिन्न देशों में डार्क मैटर की खोज बहुत गहन है, दुनिया भर में कई भूमिगत प्रयोगशालाएं इसी तरह के प्रयोग कर रही हैं जो शोधकर्ताओं को परिणामों की तुलना करने की अनुमति देंगी। 2022 में, PandaX टीम ने LNGS के XENON प्रयोग के परिणामों की पुष्टि करने के लिए एक समान विधि का उपयोग किया - प्रयोग में पाया गया कि 2020 में XENON द्वारा पता लगाया गया एक अप्रत्याशित संकेत डार्क मैटर के बजाय पृष्ठभूमि शोर से आया था।
कॉलर का मानना है कि नए तरीके और सिद्धांत बड़े और अधिक संवेदनशील डिटेक्टरों के साथ प्रतिस्पर्धा को मात देने के बजाय डार्क मैटर अनुसंधान को भी आगे बढ़ाएंगे। उन्होंने कहा, ''बहुत सारे डुप्लिकेट हो गए हैं।''
झोउ निंग ने कहा कि अगले दशक में, CJPL-II टीम डिटेक्टर की संवेदनशीलता में सुधार करना जारी रखेगी। उन्हें यह भी उम्मीद है कि वैश्विक डार्क मैटर अनुसंधान समुदाय डेटा साझा करेगा और सीजेपीएल-II के डेटा को अपने डेटा के साथ जोड़ देगा। उन्होंने कहा, "हमें अभी भी बहुत काम करना है।"