يطور فيزيائيون في جامعة تكساس إيه آند إم كاشفات حساسة للغاية لاكتشاف طبيعة المادة المظلمة والطاقة المظلمة، التي تشكلان 95% من الكون. بقيادة الدكتور روباك ماهاباترا، تهدف هذه الجهود إلى اكتشاف تفاعلات جسيمات نادرة تحدث نادراً. العمل، الذي ظهر في Applied Physics Letters، يبني على عقود من البحث في ألغاز كونية.
تظل تركيبة الكون غامضة إلى حد كبير، حيث يشكل 5% فقط من المادة العادية المرئية للتلسكوبات والأجهزة. الـ95% المتبقي يسيطر عليه المادة المظلمة، التي تمثل نحو 27% وتشكل هيكل المجرات من خلال التأثيرات الجاذبية، والطاقة المظلمة، التي تشكل 68% وتسرع تمدد الكون. لا تنبعث أي منهما ولا تمتص أو تعكس الضوء، مما يعقد الكشف المباشر، لذا يستنتج العلماء وجودها من التأثيرات الجاذبية على حركات المجرات والهياكل الكبيرة. يشبه الدكتور روباك ماهاباترا، فيزيائي جسيمات تجريبي في جامعة تكساس إيه آند إم، المعرفة الحالية بـ“محاولة وصف فيلة بلمس ذيله فقط. نشعر بشيء هائل ومعقد، لكننا نلمس جزءاً صغيراً فقط منه”. يصمم فريقه كاشفات أشباه موصلات متقدمة مزودة بحساسات كمية مبردة لالتقاط إشارات خفية من جسيمات المادة المظلمة. يجب على هذه الأجهزة اكتشاف تفاعلات ضعيفة جداً قد تحدث مرة واحدة في السنة أو حتى مرة كل عقد. “التحدي هو أن المادة المظلمة تتفاعل بضعف شديد بحيث نحتاج كاشفات قادرة على رؤية أحداث قد تحدث مرة في السنة، أو حتى مرة كل عقد”، شرح ماهاباترا. يساهم فريق ماهاباترا في تجربة TESSERACT، بحث عالمي عن المادة المظلمة يركز على تضخيم الإشارات وسط الضوضاء. على مدى أكثر من 25 عاماً، ساهم في تطوير مشروع SuperCDMS، بما في ذلك اختراق في 2014 في Physical Review Letters مكن من كشف جسيمات WIMPs منخفضة الكتلة، المرشحين الرئيسيين للمادة المظلمة. تتفاعل هذه الجسيمات الافتراضية عبر الجاذبية والقوة النووية الضعيفة، مروراً غالباً عبر الأرض دون كشف، مما يتطلب حساسات شديدة البرودة قرب الصفر المطلق للتصادمات النادرة مع المادة العادية. درس في 2022 شارك في تأليفه ماهاباترا استكشف استراتيجيات مشتركة مثل الكشف المباشر والطرق غير المباشرة وبحوث المتصادمات لـWIMPs. “لا تجربة واحدة ستعطينا جميع الإجابات”، لاحظ. “نحتاج إلى تناغم بين طرق مختلفة لتركيب الصورة الكاملة”. كشف المادة المظلمة يمكن أن يحدث ثورة في الفيزياء، كاشفاً قوانين أساسية وملهماً تقنيات غير متوقعة. “إذا استطعنا كشف المادة المظلمة، سنفتح فصلاً جديداً في الفيزياء”، قال ماهاباترا.