افتتاح بزرگ‌ترین آزمایشگاه ماده تاریک جهان در چین

تقریبا ۲۴۰۰ متر زیر کوه‌های جین‌پینگ در جنوب غربی چین، عمیق‌ترین و بزرگ‌ترین آزمایشگاه زیرزمینی جهان به‌تازگی افتتاح شده است. این فضای عظیم، خانه‌ی دانشمندانی است که درحال جستجوی ماده تاریک هستند؛ ماده‌ای فرضی که تصور می‌شود بیش از ۸۰ درصد جرم کیهان را تشکیل می‌دهد.

آزمایشگاه زیرزمینی جین‌پینگ چین (CJPL) دراصل در سال ۲۰۱۰ افتتاح شد و پس از چندین سال ساخت‌وساز، فاز دوم آن به نام CJPL-II در دسامبر ۲۰۲۳ به بهره‌برداری رسید. این تاسیسات با ظرفیت عظیم ۳۳۰هزار متر مکعب، اکنون از آزمایشگاه ملی گرن ساسو در لاکوئیلا ایتالیا که پیش‌تر از نظر عمق و حجم رکوردار بزرگ‌ترین آزمایشگاه در جهان بود، پیشی گرفته است.

فضای اضافی آزمایشگاه چین به پروژه‌هایی مانند آزمایش‌های ذرات و زنون اخترفیزیکی (PandaX) و آزمایش ماده تاریک چین (CDEX) امکان ارتقا داده است. خوان کولار، فیزیکدان دانشگاه شیکاگو به ساینتیفیک آمریکن می‌گوید: «شگفت‌انگیز است که آن‌ها در یک دهه توانستند چنین آزمایشگاهی را بسازند.»

ماده تاریک همچنان یکی از اسرار بزرگ علم محسوب می‌شود. فیزیکدانان محاسبه کرده‌اند که گرانش تولیدشده به‌وسیله‌ی ماده مرئی بسیار ضعیف است و نمی‌تواند کهکشان‌های پرشتاب را از فروپاشی حفظ کند. بنابراین، آن‌ها فرضیه‌ی ماده تاریک را به‌عنوان چسبی نامرئی که جهان را در کنار هم نگه می‌دارد، مطرح کرده‌اند. هرچند ماده تاریک باید همه جا باشد، رصد مستقیم آن دشوار است؛ زیرا تصور می‌شود که به سختی با ماده معمولی برهم‌کنش دارد و نور را ساطع، بازتاب یا جذب نمی‌کند.

بهترین مکان برای جستجوی ماده تاریک، زیر زمین است؛ زیرا لایه‌های سنگ، آشکارسازها را از «نویز» پس‌زمینه، مانند پرتوهای کیهانی یا ذرات پرانرژی تابیده از فضا به زمین که می‌توانند سیگنال‌های بالقوه‌ی ماده تاریک را پنهان کنند، محافظت می‌کنند. به باور مارکو سلوی، فیزیکدان موسسه ملی فیزیک هسته‌ای در بولونیا، تلاش برای تشخیص ماده تاریک در سطح زمین «مثل تلاش برای شنیدن صدای ضعیف یک کودک در استادیومی مملو از صدای فریاد است.»

تاسیسات CJPL-II در زیر زمین با میزان ۰٫۰۰۰۰۰۱ درصد سطح زمین در معرض پرتوهای کیهانی قرار می‌گیرد؛ از این‌رو یکی از بهترین آزمایشگاه‌های زیرزمینی محافظت‌شده در جهان محسوب می‌شود. دیوارهای آزمایشگاه همچنین با سپری محافظ به ضخامت ۱۰ سانتی‌متر که ترکیبی از لاستیک، بتن و سایر مواد مسدودکننده‌ی آب و گاز رادون رادیواکتیو است، پوشیده شده‌اند.

تیم‌های پژوهشی آزمایشگاه هم‌اکنون درحال بهره‌برداری از فضای اضافی تاسیسات هستند. درحالی‌که فاز دوم آزمایشگاه درحال ساخت بود، تیم PandaX آشکارساز خود را از ظرفیت ۱۲۰ کیلوگرم زنون مایع به چهار تن ارتقا داد. وقتی یک ذره ماده تاریک بالقوه با یک اتم زنون برخورد می‌کند، انرژی آن باید به فلاش‌های نوری تبدیل شود که با آشکارسازهای نور قابل شناسایی هستند.

هرچند جستجوی ماده تاریک در سطح جهان عملی رقابتی است، پژوهشگران باور دارند که وجود چندین آزمایشگاه زیرزمینی در سرتاسر جهان که آزمایش‌های مشابه انجام می‌دهند، به آن‌ها امکان می‌دهد تا نتایج خود را با یکدیگر مقایسه کنند. این همکاری می‌تواند نویدبخش کشف ماده تاریک باشد. بااین‌حال هنوز کارهای زیادی برای انجام‌دادن وجود دارد.