ZEPLIN-III
জেপ্লিন-3 ডার্ক ম্যাটার পরীক্ষাটি 12 কেজি তরল জিনন লক্ষ্য ব্যবহার করে ছায়াপথের ডব্লিউআইএমপি সনাক্ত করার চেষ্টা করেছিল। এটি 2006 থেকে 2011 সাল পর্যন্ত উত্তর ইয়র্কশায়ারের লফটাসের বোলবি আন্ডারগ্রাউন্ড ল্যাবরেটরিতে পরিচালিত হয়েছিল। এটি মূলত ইউকে ডার্ক ম্যাটার কোলাবোরেশন (ইউকেডিএমসি) দ্বারা অনুসরণ করা জেপ্লিন প্রোগ্রামে জেনন-ভিত্তিক পরীক্ষার একটি সিরিজের শেষ ছিল। ইম্পেরিয়াল কলেজ লন্ডনের নেতৃত্বে জেপ্লিন-3 প্রকল্পে যুক্তরাজ্যের রাদারফোর্ড অ্যাপলটন ল্যাবরেটরি এবং এডিনবার্গ বিশ্ববিদ্যালয়ের পাশাপাশি পর্তুগালের এল. আই. পি-কোয়েম্ব্রা এবং রাশিয়ার আই. টি. ই. পি-মস্কো অন্তর্ভুক্ত ছিল। এটি বুলবিতে পরিচালিত দুটি বিজ্ঞান দৌড় (2008 সালে 83 দিন এবং 2010/11-এ 319 দিন) থেকে 3.9 × 10−8 পিবি (3.9 × 10−44 সেমি2)-এর উপরে নিউক্লিয়নের উপর ডব্লিউআইএমপি-র স্থিতিস্থাপক বিচ্ছুরণের জন্য ক্রস-সেকশন বাতিল করে। সরাসরি ডার্ক ম্যাটার অনুসন্ধান পরীক্ষাগুলি অত্যন্ত বিরল এবং খুব দুর্বল সংঘর্ষের সন্ধান করে যা শীতল ডার্ক ম্যাটার কণাগুলির মধ্যে ঘটতে পারে যা আমাদের ছায়াপথ এবং বিকিরণ সনাক্তকারীর সক্রিয় মাধ্যমে পরমাণুর নিউক্লিয়াসে প্রবেশ করে বলে মনে করা হয়। এই অনুমানমূলক প্রাথমিক কণাগুলি দুর্বল আন্তঃক্রিয়াশীল বিশাল কণা বা ডব্লিউ. আই. এম. পি হতে পারে, যার ওজন কয়েকটি প্রোটনের মতো কম বা বেশ কয়েকটি ভারী নিউক্লিয়াসের মতো হতে পারে। তাদের প্রকৃতি এখনও জানা যায়নি, তবে ডার্ক ম্যাটার সমস্যা ব্যাখ্যা করার জন্য কণা পদার্থবিজ্ঞানের স্ট্যান্ডার্ড মডেলের মধ্যে কোনও বুদ্ধিমান প্রার্থী অবশিষ্ট নেই। সনাক্তকরণ প্রযুক্তি ঘনীভূত নিষ্ক্রিয় গ্যাস, বিশেষ করে তরল জিনন এবং তরল আর্গন, হল উৎকৃষ্ট বিকিরণ সনাক্তকরণ মাধ্যম। তারা প্রতিটি কণার মিথস্ক্রিয়ার জন্য দুটি স্বাক্ষর তৈরি করতে পারেঃ আলোর একটি দ্রুত ঝলকানি (সিন্টিলেশন) এবং স্থানীয় চার্জ মুক্তি (আয়নীকরণ)। দুই-পর্যায়ের জিননে-যাকে বলা হয় যেহেতু এটি ভারসাম্যে তরল এবং গ্যাস পর্যায়গুলির সাথে জড়িত-তরলের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া দ্বারা উত্পাদিত সিন্টিলেশন আলো সরাসরি ফটোমল্টিপ্লায়ার টিউবগুলির সাথে সনাক্ত করা হয়; মিথস্ক্রিয়া স্থানে মুক্ত আয়নায়ন ইলেকট্রনগুলি একটি বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের অধীনে তরল পৃষ্ঠের দিকে প্রবাহিত হয় এবং পরবর্তীকালে জিনন বাষ্পের একটি পাতলা স্তরে নির্গত হয়। একবার গ্যাসের মধ্যে, তারা আলোর একটি দ্বিতীয়, বৃহত্তর স্পন্দন (ইলেক্ট্রোলুমিনেসেন্স বা আনুপাতিক সিন্টিলেশন) তৈরি করে, যা ফটোমল্টিপ্লায়ারগুলির একই অ্যারে দ্বারা সনাক্ত করা হয়। এই ব্যবস্থাগুলি জেনন 'নির্গমন আবিষ্কারক' নামেও পরিচিত। এই বিন্যাসটি একটি টাইম প্রজেকশন চেম্বারের (টিপিসি); এটি মিথস্ক্রিয়া স্থানের ত্রিমাত্রিক পুনর্গঠনের অনুমতি দেয়, যেহেতু গভীরতার স্থানাঙ্ক (জেড) দুটি হালকা পালসের মধ্যে সময় বিচ্ছেদ থেকে খুব সঠিকভাবে পরিমাপ করা যেতে পারে। অনুভূমিক স্থানাঙ্কগুলি ফটোমল্টিপ্লায়ার অ্যারে (গুলি)-এর হিট প্যাটার্ন থেকে পুনর্গঠন করা যেতে পারে। সমালোচনামূলকভাবে ডব্লিউ. আই. এম. পি অনুসন্ধানের জন্য, দুটি প্রতিক্রিয়া চ্যানেলের (সিন্টিলেশন এবং আয়নীকরণ) মধ্যে অনুপাত ডব্লিউ. আই. এম. পি অনুসন্ধানের জন্য প্রধান পটভূমি প্রত্যাখ্যানের অনুমতি দেয়ঃ ডিটেক্টর উপকরণ এবং নিকটবর্তী পরিবেশে ট্রেস তেজস্ক্রিয়তা থেকে গামা এবং বিটা বিকিরণ। ডব্লিউ. আই. এম. পি প্রার্থী ইভেন্টগুলি আরও প্রচলিত পটভূমি মিথস্ক্রিয়ার তুলনায় কম আয়নীকরণ/সিন্টিলেশন অনুপাত তৈরি করে। জেডইপিএলআইএন প্রোগ্রামটি ডব্লিউআইএমপি অনুসন্ধানের জন্য দ্বি-পর্যায়ের প্রযুক্তি ব্যবহারের পথপ্রদর্শক। কৌশলটি অবশ্য 1970-এর দশকের গোড়ার দিকে আর্গন ব্যবহার করে বিকিরণ সনাক্তকরণের জন্য প্রথম তৈরি করা হয়েছিল। মস্কো ইঞ্জিনিয়ারিং ফিজিক্স ইনস্টিটিউটের অন্যতম অগ্রগামী লেবেদেঙ্কো 2001 সাল থেকে যুক্তরাজ্যে জেপ্লিন-3 নির্মাণের সাথে জড়িত ছিলেন। এর পাশাপাশি উন্নত, কিন্তু একটি দ্রুত টাইমস্কেলে, জেপ্লিন-2 ছিল বিশ্বে পরিচালিত প্রথম এই ধরনের ডব্লিউআইএমপি ডিটেক্টর (2005)। এই প্রযুক্তিটি জেনন কর্মসূচি দ্বারাও খুব সফলভাবে গ্রহণ করা হয়েছিল। ডাব্লু. এ. আর. পি সহযোগিতা এবং আর. ডি. এম দ্বারা অন্ধকার পদার্থ অনুসন্ধানের জন্য দুই-পর্যায়ের আর্গনও ব্যবহার করা হয়েছে। এলইউএক্স অনুরূপ সিস্টেম তৈরি করছে যা উন্নত সীমা নির্ধারণ করেছে। জেপ্লিন (জোনএড প্রপোর্শনাল সিন্টিলেশন ইন লিকুইড নোবেল গ্যাস) সিরিজের পরীক্ষাগুলি তরল জিনন ব্যবহার করে ইউকে ডার্ক ম্যাটার সহযোগিতা দ্বারা অনুসরণ করা একটি প্রগতিশীল প্রোগ্রাম ছিল। এটি ডি. আর. আই. এফ. টি প্রোগ্রামের পাশাপাশি বিকশিত হয়েছিল যা ডব্লিউ. আই. এম. পি বিচ্ছুরণের দিকনির্দেশক তথ্য পুনরুদ্ধারের জন্য গ্যাস ভর্তি টিপিসি ব্যবহারের প্রচার করেছিল। 1980-র দশকের শেষের দিকে ইউকেডিএমসি ক্রায়োজেনিক এলআইএফ, সিএএফ2, সিলিকন এবং জার্মেনিয়াম সহ বিভিন্ন উপকরণ এবং কৌশলগুলির সম্ভাবনা অন্বেষণ করেছিল, যা থেকে বোলবিতে কক্ষ-তাপমাত্রা এনএআই (টিএল) সিন্টিলেটরের উপর ভিত্তি করে একটি প্রোগ্রাম উদ্ভূত হয়েছিল। একটি নতুন লক্ষ্য উপাদান, তরল জিননের পরবর্তী পদক্ষেপটি এই উপলব্ধি দ্বারা অনুপ্রাণিত হয়েছিল যে উত্তম তরল লক্ষ্যগুলি সহজাতভাবে আরও পরিমাপযোগ্য এবং নিম্ন শক্তির সীমা এবং আরও ভাল পটভূমি বৈষম্য অর্জন করতে পারে। বিশেষত, বাহ্যিক পটভূমির দ্বারা বেশি প্রভাবিত বাল্ক লক্ষ্যের বাহ্যিক স্তরগুলি তথ্য বিশ্লেষণের সময় ত্যাগ করা যেতে পারে যদি মিথস্ক্রিয়ার অবস্থান জানা থাকে; এটি সম্ভাব্য খুব কম পটভূমির হারের সাথে একটি অভ্যন্তরীণ বিশ্বস্ত ভলিউম ছেড়ে যায়। এই স্ব-সুরক্ষা প্রভাব (পরিকল্পিত জেডইপিএলআইএন সংক্ষিপ্ত রূপে 'জোন' শব্দ দ্বারা নির্দেশিত) স্ফটিক আবিষ্কারকগুলির সাথে গৃহীত মডুলার পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে প্রযুক্তির তুলনায় এই লক্ষ্যগুলির সংবেদনশীলতার দ্রুত লাভকে ব্যাখ্যা করে, যেখানে প্রতিটি মডিউল তার নিজস্ব পটভূমি নিয়ে আসে। জেপ্লিন-1, একটি 3 কেজি তরল জিনন লক্ষ্য, 1990-এর দশকের শেষের দিক থেকে বোলবিতে পরিচালিত হয়েছিল। এটি ব্যাকগ্রাউন্ড প্রত্যাখ্যানের জন্য পালস আকৃতির বৈষম্য ব্যবহার করে, ডাব্লু. আই. এম. পি এবং ব্যাকগ্রাউন্ড মিথস্ক্রিয়া দ্বারা সৃষ্ট চকচকে আলোর সময় বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে একটি ছোট কিন্তু সহায়ক পার্থক্যকে কাজে লাগায়। এর পরে দুটি পর্যায়ের সিস্টেম জেপ্লিন-2 এবং জেপ্লিন-3 যথাক্রমে আরএএল/ইউসিএলএ এবং ইম্পেরিয়াল কলেজে সমান্তরালভাবে ডিজাইন এবং নির্মিত হয়েছিল। জেডইপিএলআইএন-2 ছিল বিশ্বের প্রথম দুই-পর্যায়ের ব্যবস্থা যা ডার্ক ম্যাটার অনুসন্ধানের জন্য মোতায়েন করা হয়েছিল; এটি একটি তথাকথিত থ্রি-ইলেক্ট্রোড কনফিগারেশনে 3 মিমি গ্যাসের স্তর দ্বারা শীর্ষে 30 কেজি তরল জেনন লক্ষ্য নিয়ে গঠিতঃ তরল পৃষ্ঠের নীচে একটি অতিরিক্ত বিদ্যুদ্বাহক ব্যবহার করে (গ্যাসের উপরে অবস্থিত একটি অ্যানোড গ্রিড এবং চেম্বারের নীচে একটি ক্যাথোড ছাড়াও) তরলের বেশিরভাগ অংশে (ডব্লিউআইএমপি লক্ষ্য) এবং তার উপরে গ্যাস অঞ্চলে পৃথক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র প্রয়োগ করা হয়েছিল। জেপ্লিন-2-এ 7টি ফটোমল্টিপ্লায়ারের একটি অ্যারে গ্যাস পর্যায়ে উপর থেকে চেম্বারটি দেখেছিল। আই. টি. ই. পি-তে বিকশিত অনুরূপ ধারণার উপর আংশিকভাবে ভিত্তি করে এবং ইম্পেরিয়াল কলেজের অধ্যাপক টিম সামনার ও তাঁর দল দ্বারা নির্মিত, 1990-এর দশকের শেষের দিকে জেপ্লিন-3-এর প্রস্তাব করা হয়েছিল। এটি 2006 সালের শেষের দিকে বোলবিতে ভূগর্ভস্থভাবে মোতায়েন করা হয়েছিল, যেখানে এটি 2011 সাল পর্যন্ত পরিচালিত হয়েছিল। এটি একটি দ্বি-বৈদ্যুতিন চেম্বার ছিল, যেখানে অতিরিক্ত বিদ্যুদ্বাহকের পরিবর্তে তরল বাল্কের একটি শক্তিশালী (4 কেভি/সেমি) ক্ষেত্র দ্বারা গ্যাসে ইলেক্ট্রন নির্গমন অর্জন করা হত। ফটোমল্টিপ্লায়ার অ্যারেতে 31টি ফোটন ডিটেক্টর রয়েছে যা ঠাণ্ডা তরল জিননে নিমজ্জিত হয়ে নীচে থেকে ডব্লিউআইএমপি লক্ষ্য দেখছে। জেপ্লিন-2 এবং জেপ্লিন-3 উদ্দেশ্যমূলকভাবে বিভিন্ন উপায়ে ডিজাইন করা হয়েছিল, যাতে প্রতিটি উপ-ব্যবস্থায় নিযুক্ত প্রযুক্তিগুলি মূল্যায়ন করা যায় এবং ইউকেডিএমসি দ্বারা প্রস্তাবিত চূড়ান্ত পরীক্ষার জন্য নির্বাচন করা যায়ঃ একটি টন-স্কেল জেনন লক্ষ্য (জেপ্লিন-ম্যাক্স) সেই সময়ে (1 × 10−10 পিবি) তত্ত্বের দ্বারা সমর্থিত বেশিরভাগ পরামিতি স্থান অনুসন্ধান করতে সক্ষম, যদিও এই পরবর্তী ব্যবস্থাটি তহবিলের অভাবে যুক্তরাজ্যে কখনও নির্মিত হয়নি। ফলাফল যদিও জেডইপিএলআইএন-3 তরল জিনন লক্ষ্যটি তার জেডইপিএলআইএন পূর্বসূরীদের মতো একই স্কেলে নির্মিত হয়েছিল, তবে এটি উচ্চতর বৈষম্যের কারণ এবং নিম্ন সামগ্রিক পটভূমির কারণে ডব্লিউআইএমপি সংবেদনশীলতায় উল্লেখযোগ্য উন্নতি অর্জন করেছে। 2011 সালে এটি 50 জিইভি ডব্লিউআইএমপি ভরের জন্য 3.9 × 10−8 পিবির উপরে স্পিন-স্বাধীন ডব্লিউআইএমপি-নিউক্লিয়ন স্থিতিস্থাপক বিচ্ছুরণ ক্রস-সেকশনে বর্জন সীমা প্রকাশ করে। যদিও জেনন 100-এর ফলাফলের মতো কঠোর নয়, এটি 10 গুণ ছোট ফিডুসিয়াল ভর দিয়ে অর্জন করা হয়েছিল এবং এই ডিটেক্টরগুলিতে অর্জন করা সেরা পটভূমি বৈষম্য প্রদর্শন করেছিল। ডব্লিউআইএমপি-নিউট্রন স্পিন-নির্ভর ক্রস-সেকশনটি 8.0 × 10−3 পিবির উপরে বাদ দেওয়া হয়েছিল। এটি একটি অস্থিতিশীল ডব্লিউ. আই. এম. পি বিচ্ছুরণ মডেলকেও বাতিল করে দিয়েছে যা অন্যান্য পরীক্ষায় সংকেতের অনুপস্থিতির সাথে ডি. এ. এম. এ থেকে একটি ইতিবাচক দাবির পুনর্মিলন করার চেষ্টা করেছিল। রেফারেন্স বাহ্যিক লিঙ্ক জেপ্লিন-3 প্রকল্প বোলবি আন্ডারগ্রাউন্ড ল্যাবরেটরি ইউকে উত্তর ইয়র্কশায়ারের ডার্ক ম্যাটার অনুসন্ধান গবেষণা প্রতিষ্ঠানের জন্য ডার্ক ম্যাটার সহযোগিতা পরীক্ষা