संदर्भ-

28 अगस्त को, साउथ डकोटा में सैनफोर्ड अंडरग्राउंड रिसर्च फैसिलिटी में पृथ्वी की सतह से 1.5 किलोमीटर नीचे संचालित होने वाले लक्स-ज़ेप्लिन (एलजेड) प्रयोग के वैज्ञानिकों ने एक महत्वपूर्ण घोषणा की। 200 शोधकर्ताओं वाली एलजेड टीम ने डार्क मैटर कणों की संभावित पहचान पर अब तक के सबसे कड़े प्रतिबंध लगाए थे। हालाँकि, परिणाम यह नहीं था कि डार्क मैटर क्या है, बल्कि यह था कि यह क्या नहीं है। दशकों के शोध के बावजूद, ये प्रयोग निरर्थक परिणाम देते रहे हैं, जिससे वैज्ञानिक समुदाय के भीतर निराशा की भावना पैदा हो रही है।

डार्क मैटर की मायावी प्रकृति

यह चल रहा संघर्ष डार्क मैटर अनुसंधान की चुनौती पर प्रकाश डालता है। दुनिया भर में विभिन्न प्रयोग, जैसे इटली में ज़ेनॉन-एनटी और चीन में पांडाएक्स-4टी, दशकों से डार्क मैटर का पता लगाने का प्रयास कर रहे हैं, लेकिन वे खाली हाथ ही रहे हैं। सवाल बना हुआ है: डार्क मैटर वास्तव में क्या है, और इसका पता लगाना इतना मुश्किल क्यों है?

डार्क मैटर का रहस्य

डार्क मैटर क्या है?

डार्क मैटर अदृश्य पदार्थ है जो ब्रह्मांड के द्रव्यमान का बड़ा हिस्सा बनाता है। यह ब्रह्मांड को आकार देने के लिए जिम्मेदार है जैसा कि हम आज देखते हैं। इसके विपरीत, तारे, ग्रह और गैस ब्रह्मांड के द्रव्यमान का केवल 15% योगदान करते हैं। बाकी को डार्क मैटर माना जाता है, जिसकी प्रकृति अज्ञात है।

   प्रमुख परिकल्पना यह है कि डार्क मैटर एक प्रकार के कण से बना होता है जो फोटॉन (प्रकाश कणों) के साथ संपर्क नहीं करता है और लगभग 14 अरब साल पहले ब्रह्मांड की शुरुआत से ही अस्तित्व में है। अधिकांश कणों के विपरीत, डार्क मैटर विघटित नहीं होता है, और यह गुरुत्वाकर्षण बल लगाता है, जो ब्रह्मांड की बड़े पैमाने की संरचना पर इसके प्रभाव की व्याख्या करता है।

अंतःक्रिया का प्रश्न

डार्क मैटर अनुसंधान में एक केंद्रीय प्रश्न यह है कि क्या डार्क मैटर साधारण पदार्थ के साथ अंतःक्रिया करता है। विशेष रूप से, क्या डार्क मैटर कण परमाणु नाभिक और इलेक्ट्रॉनों के साथ अंतःक्रिया कर सकते हैं जब वे करीब आते हैं? कई सिद्धांत प्रस्तावित करते हैं कि डार्क मैटर दृश्यमान पदार्थ से "बिखर" सकता है, जिसका अर्थ है कि यह परमाणु नाभिक से टकरा सकता है और विक्षेपित हो सकता है। समस्या यह है कि इस अंतःक्रिया का पता कैसे लगाया जाए, जो अत्यंत दुर्लभ और कमजोर है।

गुडमैन-विटन प्रस्ताव: एक नई रणनीति

हवा को पकड़ने के लिए एक पाल

1985 में, भौतिकविदों मार्क गुडमैन और एड विटन ने डार्क मैटर का पता लगाने के लिए एक नया दृष्टिकोण प्रस्तावित किया, एक ऐसा विचार जिसने तब से प्रायोगिक भौतिकी के एक उपक्षेत्र को प्रेरित किया है। गुडमैन-विटन (GW) का प्रस्ताव डार्क मैटर कणों का पता लगाने के लिए गहरे भूमिगत डिटेक्टर स्थापित करना था ताकि इसे ब्रह्मांडीय विकिरण से बचाया जा सके। डिटेक्टर हवा को पकड़ने की कोशिश कर रहे पाल की तरह काम करेगा: यदि डिटेक्टर में एक डार्क मैटर कण नाभिक से टकराता है, तो नाभिक पीछे हट जाएगा, और वैज्ञानिक इस प्रतिक्षेप को डार्क मैटर के सबूत के रूप में माप सकते हैं।

 यह विधि पारंपरिक प्रयोगों का उलटा थी, जैसे कि अर्नेस्ट रदरफोर्ड का गोल्ड फ़ॉइल प्रयोग। रदरफोर्ड के सेटअप में, वैज्ञानिकों ने एक लक्ष्य पर ज्ञात कणों की एक किरण को फायर किया और विक्षेपण को मापा। गुडमैन-विटन प्रस्ताव में, "बीम" डार्क मैटर कण हैं, जो अज्ञात हैं, और लक्ष्य भूमिगत रखी गई एक अच्छी तरह से समझी गई धातु है।

    प्रयोग का लक्ष्य दो अज्ञात राशियों को मापना था: डार्क मैटर कण का द्रव्यमान और वह दर जिस पर डार्क मैटर परमाणु नाभिक से बिखरता है। भौतिक विज्ञानी इस बिखराव दर को मापने के लिए क्रॉस-सेक्शन नामक पैरामीटर का उपयोग करते हैं।

क्रॉस-सेक्शन को मापना: डार्क मैटर को ट्रैक करना

क्रॉस-सेक्शन को समझना

कणों की परस्पर क्रिया को समझने के लिए क्रॉस-सेक्शन की अवधारणा आवश्यक है। विचार करें कि प्रकाश विभिन्न सामग्रियों में कैसे व्यवहार करता है। निर्वात में, एक फोटॉन बिना किसी व्यवधान के यात्रा करता है; कांच में, यह कुछ दूरी तय करने के बाद बिखर सकता है; एक चट्टान में, यह जल्दी से अवशोषित हो जाता है। ये परिदृश्य अलग-अलग क्रॉस-सेक्शन का प्रतिनिधित्व करते हैं: क्रमशः शून्य, छोटा और बड़ा।

      यही विचार डार्क मैटर पर भी लागू होता है: शोधकर्ता यह मापना चाहते हैं कि डार्क मैटर के कणों के परमाणु नाभिक से बिखरने की कितनी संभावना है। मूल गुडमैन-विटन प्रस्ताव में, लक्ष्य 10^-38 सेमी² जितना छोटा क्रॉस-सेक्शन मापना था, जो आश्चर्यजनक रूप से छोटा मान है। इसका मतलब यह होगा कि डार्क मैटर के कण किसी भी चीज़ से परस्पर क्रिया करने से पहले 10 बिलियन किलोमीटर की चट्टान से होकर यात्रा कर सकते हैं।

लक्स-ज़ेप्लिन प्रयोग और डार्क मैटर का पता लगाना

डार्क मैटर का पता लगाने में प्रगति

गुडमैन-विटन प्रस्ताव के बाद से, डार्क मैटर का पता लगाने वाले प्रयोगों का आकार और परिष्कार नाटकीय रूप से बढ़ गया है। लक्स-ज़ेप्लिन जैसे आधुनिक प्रयोग कई वर्षों तक बड़ी मात्रा में तरल ज़ेनॉन या आर्गन को डार्क मैटर कणों के संपर्क में लाते हैं, जिससे कमज़ोर अंतःक्रियाओं का पता लगाने की उनकी क्षमता में सुधार होता है। परिणामस्वरूप, वैज्ञानिक 10^-44 सेमी² जितने छोटे डार्क मैटर-न्यूक्लियस क्रॉस-सेक्शन को खारिज करने में सक्षम हो गए हैं, जो मूल गुडमैन-विटन सीमा से दस लाख गुना छोटा है।

    अगस्त में लक्स-ज़ेप्लिन प्रयोग द्वारा यह उपलब्धि घोषित की गई थी: उन्होंने डार्क मैटर के संभावित क्रॉस-सेक्शन पर अब तक की सबसे सख्त सीमाएँ निर्धारित की थीं। हालाँकि इस परिणाम ने डार्क मैटर की पहचान की पुष्टि नहीं की, लेकिन इसने संभावनाओं को काफी हद तक सीमित कर दिया।

न्यूट्रिनो फ़ॉग

हालाँकि, इस पद्धति की एक सीमा है कि यह कितनी दूर तक जा सकती है। भविष्य के डिटेक्टर, जिनका वजन दसियों से लेकर सैकड़ों टन तक होगा, न्यूट्रिनो से होने वाले शोर की बढ़ती मात्रा का सामना करेंगे, जो सूर्य के केंद्र और पृथ्वी के वायुमंडल में उत्पन्न होने वाले भूतिया कण हैं। ये न्यूट्रिनो डार्क मैटर कणों के संकेतों की नकल कर सकते हैं, जिससे उन्हें अलग करना मुश्किल हो जाता है।

   "न्यूट्रिनो कोहरा" भविष्य के डार्क मैटर अनुसंधान के लिए एक महत्वपूर्ण बाधा है। यह उस बिंदु को संदर्भित करता है जिस पर न्यूट्रिनो इंटरैक्शन भूमिगत प्रयोगों द्वारा पता लगाए गए संकेतों पर हावी हो जाएगा, जिससे संभावित डार्क मैटर सिग्नल अस्पष्ट हो जाएंगे। यह LUX-ZEPLIN की घोषणा के बाद इस्तीफे की भावना का एक कारण था: शोधकर्ताओं को उम्मीद थी कि वे न्यूट्रिनो की इस सीमा तक पहुँचने से पहले डार्क मैटर की खोज कर लेंगे।

अन्य दृष्टिकोण

शोध के नए रास्ते

LUX-ZEPLIN जैसे प्रयोग परमाणु नाभिक के साथ अंतःक्रिया करने वाले डार्क मैटर का पता लगाने पर ध्यान केंद्रित करते हैं,जबकि वैज्ञानिक अन्य रणनीतियों का भी अनुसरण कर रहे हैं। एक आशाजनक दृष्टिकोण हल्के डार्क मैटर कणों की खोज करना है, जिनके भारी परमाणु नाभिक से बिखरने की संभावना कम होती है। इन कणों का पता लगाने के लिए अधिक संवेदनशील डिटेक्टरों की आवश्यकता होती है जो छोटे ऊर्जा हस्तांतरण को पकड़ने में सक्षम होते हैं।

उदाहरण के लिए, एक छोटे कीड़े को एक विशाल ट्रक से टकराते हुए देखें। ट्रक मुश्किल से हिलता है, लेकिन सही उपकरणों के साथ, आप टक्कर से होने वाले छोटे ऊर्जा हस्तांतरण का पता लगाने में सक्षम हो सकते हैं। इसी तरह, भौतिक विज्ञानी नई तकनीकें विकसित कर रहे हैं जो इन फीके संकेतों का पता लगा सकती हैं।

विशेष सामग्री और उन्नत तकनीकें

 हल्के डार्क मैटर का पता लगाने के लिए विशेष सामग्रियों से बने डिटेक्टरों की आवश्यकता होती है। जिनमें से कुछ का वर्तमान में संघनित पदार्थ भौतिकी के क्षेत्र में पता लगाया जा रहा है। ये सामग्रियाँ छोटे ऊर्जा हस्तांतरण के प्रति बेहद संवेदनशील होती हैं और मायावी डार्क कणों का पता लगाने का एक नया तरीका पेश कर सकती हैं।

   डार्क मैटर की खोज कण भौतिकी से लेकर संघनित पदार्थ भौतिकी तक विभिन्न विषयों के शोधकर्ताओं को एकजुट करती है, जो आधुनिक वैज्ञानिक अन्वेषण की अंतःविषयक प्रकृति को प्रतिबिंबित करती है।

निष्कर्ष

डार्क मैटर की पहचान करने की खोज आधुनिक भौतिकी में सबसे महत्वपूर्ण चुनौतियों में से एक है। जबकि LUX-ZEPLIN जैसे प्रयोगों ने संभावनाओं को कम करने में जबरदस्त प्रगति की है, डार्क मैटर की पहचान वैज्ञानिकों को अभी भी चकरा रही है। डार्क मैटर का पता लगाने से ब्रह्मांड के बारे में हमारी समझ में क्रांतिकारी बदलाव आएगा, जो अदृश्य पदार्थ पर प्रकाश डालेगा जो इसके द्रव्यमान का अधिकांश हिस्सा बनाता है।

     जैसे-जैसे शोधकर्ता डार्क का पता लगाने की तकनीक की सीमाओं को आगे बढ़ाते जा रहे हैं, उन्हें नई चुनौतियों का भी सामना करना पड़ रहा है, जैसे कि न्यूट्रिनो कोहरा, जो भविष्य के प्रयोगों में डार्क मैटर के संकेतों को अस्पष्ट करने की चुनौति देता है। फिर भी, वैज्ञानिक नए तरीकों की खोज कर रहे हैं, जिसमें हल्के डार्क मैटर कणों की खोज और अधिक संवेदनशील डिटेक्टरों का विकास शामिल है।

     विज्ञान के इतिहास में अन्य महान खोजों की तरह, डार्क मैटर की खोज के लिए वैज्ञानिक समुदाय की पूरी सरलता और रचनात्मकता की आवश्यकता होती है। डार्क मैटर की खोज, जब भी होगी, न केवल ब्रह्मांड के बारे में बुनियादी सवालों के जवाब देगी बल्कि दशकों की दृढ़ता, नवाचार और सहयोग की परिणति को भी चिह्नित करेगी।

स्रोत- द हिंदू