ડાર્ક મેટરની શોધ: ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ શા માટે વ્યાપક સ્તરે તપાસ કરી રહ્યા છે

દાયકાઓથી, ડાર્ક મેટરની શોધ એક જ આશાસ્પદ લક્ષ્ય પર કેન્દ્રિત રહી છે: Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs). જોકે, જેમ જેમ ડિટેક્ટર્સ અગાઉ ક્યારેય ન પહોંચ્યા હોય તેવા સંવેદનશીલતાના સ્તરો સુધી પહોંચી રહ્યા છે, તેમ આ શોધ એક મર્યાદિત તપાસમાંથી વિવિધ અને બહુ-સ્તરીય વૈજ્ઞાનિક ક્ષેત્રમાં પરિવર્તિત થઈ રહી છે.

ન્યુટ્રિનો ફોગ (Neutrino Fog): એક વૈજ્ઞાનિક અવરોધ

ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ લાંબા સમયથી એ ધારણા હેઠળ કામ કરી રહ્યા છે કે ડાર્ક મેટર WIMPs થી બનેલું છે—એવા કણો જે ક્યારેક વિશાળ ભૂગર્ભ ડિટેક્ટર્સમાં ઝેનોન (xenon) પરમાણુઓ સાથે અથડાય છે, જેનાથી પ્રકાશ અને વિદ્યુતભારના શોધ કરી શકાય તેવા ઝબકારા પેદા થાય છે. સાઉથ ડાકોટાની ખાણમાં સ્થિત LZ પ્રયોગ અને ચીનમાં જિનપિંગ પર્વતો નીચેના અન્ય પ્રયોગો જેવા ઉચ્ચ-સંવેદનશીલ પ્રયોગો ખાસ કરીને આ હેતુ માટે જ તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા.

જોકે, આ ડિટેક્ટર્સ "ન્યુટ્રિનો ફોગ" (neutrino fog) તરીકે ઓળખાતી ઘટનાનો સામનો કરી રહ્યા છે. WIMPs ને બદલે, આ અત્યંત સંવેદનશીલ સાધનો ન્યુટ્રિનોમાંથી આવતા અવારનવાર મળતા સંકેતો પકડી રહ્યા છે—જે સૂર્ય અને તારાઓ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા અત્યંત હલકા સબ-એટોમિક કણો છે. ન્યુટ્રિનો પૃથ્વીના પડ (crust) માંથી સરળતાથી પસાર થઈ શકતા હોવાથી, તેમને રોકી શકાતા નથી. આ બેકગ્રાઉન્ડ નોઈઝ (background noise) ડાર્ક મેટરના કોઈપણ સંભવિત સંકેતને દબાવી દેવાનો ખતરો ઊભો કરે છે, જે સૂચવે છે કે પરંપરાગત WIMP શોધનો યુગ તેની મર્યાદા પર પહોંચી રહ્યો હોઈ શકે છે.

સ્ટાન્ડર્ડ મોડલથી આગળ વધવું

ફ્રાન્સ અને સ્વિટ્ઝર્લેન્ડમાં Large Hadron Collider (LHC) જેવી સુવિધાઓમાં સીધી શોધના અભાવે સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રમાં પરિવર્તન લાવવા માટે મજબૂર કર્યું છે. વર્ષો સુધી, ડાર્ક મેટર માટેનો મુખ્ય ઉમેદવાર Supersymmetry (SUSY) સાથે જોડાયેલો હતો, જે એક એવો સિદ્ધાંત છે જે સૂચવે છે કે દરેક જાણીતા કણનો એક ભારે ભાગીદાર હોય છે. SUSY નવા કણો શોધવામાં નિષ્ફળ જતાં, સંશોધકો હવે ડાર્ક મેટરના મૂળભૂત લક્ષણો વિશે અનુમાન લગાવી શકતા નથી.

વૈજ્ઞાનિક સમુદાય હવે શક્યતાઓના ઘણા વ્યાપક સ્પેક્ટ્રમ પર વિચાર કરી રહ્યો છે. ડાર્ક મેટર પૃથ્વી કરતા ભારે અથવા રેડિયો તરંગ કરતા હલકું હોઈ શકે છે; તે એક પ્રકારનો કણ હોઈ શકે અથવા ડઝનબંધ કણોનો જટિલ સમૂહ હોઈ શકે છે. આ અનિશ્ચિતતાએ આ ક્ષેત્રને લક્ષિત શોધમાંથી સ્પર્ધક પરિકલ્પનાઓના "મુક્ત સંઘર્ષ" (free-for-all) માં બદલી નાખ્યું છે.

નવી ટેકનોલોજી અને વૈવિધ્યસભર ઉમેદવારો

ન્યુટ્રિનો ફોગની નિરાશા હોવા છતાં, WIMPs શોધવામાં નિષ્ફળતાએ કણ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં એક તકનીકી પુનરુત્થાન પ્રેરે છે. સંશોધકો માત્ર લિક્વિડ ઝેનોન પર નિર્ભર રહેવાને બદલે નવી શોધ પદ્ધતિઓ અને ઉમેદવારોનો વિશાળ ભંડાર શોધી રહ્યા છે:

• Axions: યુનિવર્સિટી ઓફ વોશિંગ્ટન