ZEPLIN-III
ज़ेप्लिन-III डार्क मैटर प्रयोग ने 12 किलोग्राम तरल ज़ेनॉन लक्ष्य का उपयोग करके गैलेक्टिक डब्ल्यू. आई. एम. पी. का पता लगाने का प्रयास किया। यह 2006 से 2011 तक लोफ्टस, उत्तरी यॉर्कशायर में बोल्बी भूमिगत प्रयोगशाला में संचालित हुआ। यह मूल रूप से यू. के. डार्क मैटर कोलैबोरेशन (यू. के. डी. एम. सी.) द्वारा अपनाए गए ज़ेप्लिन कार्यक्रम में ज़ेनॉन-आधारित प्रयोगों की एक श्रृंखला में अंतिम था। ज़ेप्लिन-III परियोजना का नेतृत्व इंपीरियल कॉलेज लंदन ने किया था और इसमें ब्रिटेन में रदरफोर्ड एप्पलेटन प्रयोगशाला और एडिनबर्ग विश्वविद्यालय के साथ-साथ पुर्तगाल में एल. आई. पी.-कोइम्ब्रा और रूस में आई. टी. ई. पी.-मास्को भी शामिल थे। इसने बोल्बी में आयोजित दो विज्ञान दौड़ों (2008 में 83 दिन और 2010/11 में 319 दिन) से 3.9 × 10−8 pb (3.9 × 10−44 cm2) से ऊपर के नाभिकों से डब्ल्यू. आई. एम. पी. के लोचदार प्रकीर्णन के लिए क्रॉस-सेक्शन को खारिज कर दिया। डायरेक्ट डार्क मैटर खोज प्रयोग ठंडे डार्क मैटर कणों के बीच होने वाली अत्यंत दुर्लभ और बहुत कमजोर टक्करों की तलाश करते हैं, जिनके बारे में माना जाता है कि वे हमारी आकाशगंगा और विकिरण डिटेक्टर के सक्रिय माध्यम में परमाणुओं के नाभिक में प्रवेश करते हैं। ये काल्पनिक प्राथमिक कण कमजोर परस्पर क्रिया करने वाले विशाल कण या डब्ल्यू. आई. एम. पी. हो सकते हैं, जिनका वजन कुछ प्रोटॉन या कई भारी नाभिक जितना कम हो सकता है। उनकी प्रकृति अभी तक ज्ञात नहीं है, लेकिन डार्क मैटर समस्या की व्याख्या करने के लिए कण भौतिकी के मानक मॉडल के भीतर कोई समझदार उम्मीदवार नहीं है। खोज प्रौद्योगिकी संघनित उत्कृष्ट गैसें, विशेष रूप से तरल ज़ेनॉन और तरल आर्गन, उत्कृष्ट विकिरण का पता लगाने वाले माध्यम हैं। वे प्रत्येक कण अंतःक्रिया के लिए दो हस्ताक्षर उत्पन्न कर सकते हैंः प्रकाश की एक तेज चमक (चमक) और आवेश की स्थानीय रिहाई (आयनीकरण)। दो-चरण ज़ेनॉन में-जिसे इसलिए कहा जाता है क्योंकि इसमें संतुलन में तरल और गैस चरण शामिल होते हैं-तरल में एक अंतःक्रिया द्वारा उत्पादित चमक प्रकाश का पता सीधे फोटोमल्टीप्लायर ट्यूबों के साथ लगाया जाता है; अंतःक्रिया स्थल पर जारी आयनीकरण इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी विद्युत क्षेत्र के तहत तरल सतह तक बहाया जाता है, और बाद में ज़ेनॉन वाष्प की एक पतली परत में उत्सर्जित किया जाता है। एक बार गैस में, वे प्रकाश की एक दूसरी, बड़ी स्पंद (इलेक्ट्रोल्यूमिनेसेंस या आनुपातिक चमक) उत्पन्न करते हैं, जिसका पता फोटोमल्टीप्लायरों की एक ही श्रृंखला द्वारा लगाया जाता है। इन प्रणालियों को ज़ेनॉन 'उत्सर्जन डिटेक्टर' के रूप में भी जाना जाता है। यह विन्यास एक समय प्रक्षेपण कक्ष (टी. पी. सी.) का है; यह अंतःक्रिया स्थल के त्रि-आयामी पुनर्निर्माण की अनुमति देता है, क्योंकि गहराई निर्देशांक (जेड) को दो प्रकाश स्पंदों के बीच समय पृथक्करण से बहुत सटीक रूप से मापा जा सकता है। क्षैतिज निर्देशांकों को फोटोमल्टीप्लायर सरणी (ओं) में हिट पैटर्न से फिर से बनाया जा सकता है। डब्ल्यू. आई. एम. पी. खोजों के लिए महत्वपूर्ण रूप से, दो प्रतिक्रिया चैनलों (चमक और आयनीकरण) के बीच का अनुपात डब्ल्यू. आई. एम. पी. खोजों के लिए प्रमुख पृष्ठभूमि की अस्वीकृति की अनुमति देता हैः डिटेक्टर सामग्री और तत्काल परिवेश में ट्रेस रेडियोधर्मिता से गामा और बीटा विकिरण। डब्ल्यू. आई. एम. पी. उम्मीदवार घटनाएं अधिक प्रचलित पृष्ठभूमि अंतःक्रियाओं की तुलना में कम आयनीकरण/चमक अनुपात का उत्पादन करती हैं। जेड. ई. पी. एल. आई. एन. कार्यक्रम ने डब्ल्यू. आई. एम. पी. खोजों के लिए दो-चरण प्रौद्योगिकी के उपयोग का बीड़ा उठाया। हालाँकि, तकनीक को पहली बार 1970 के दशक की शुरुआत में आर्गन का उपयोग करके विकिरण का पता लगाने के लिए विकसित किया गया था। लेबेडेंको, मास्को इंजीनियरिंग फिजिक्स इंस्टीट्यूट में इसके अग्रदूतों में से एक, 2001 से यूके में ज़ेप्लिन-III के निर्माण में शामिल थे। इसके साथ-साथ विकसित किया गया, लेकिन एक तेज समय-सीमा पर, ज़ेप्लिन-II दुनिया में काम करने वाला पहला ऐसा डब्ल्यूआईएमपी डिटेक्टर था (2005)। इस तकनीक को ज़ेनॉन कार्यक्रम द्वारा भी बहुत सफलतापूर्वक अपनाया गया था। डब्ल्यू. ए. आर. पी. सहयोग और ए. आर. डी. एम. द्वारा काले पदार्थ की खोज के लिए दो-चरणीय आर्गन का भी उपयोग किया गया है। एल. यू. एक्स. इसी तरह की प्रणालियाँ विकसित कर रहा है जिन्होंने बेहतर सीमाएँ निर्धारित की हैं। जेड. ई. पी. एल. आई. एन. (लिक्विड नोबल गैसों में ज़ोनएड आनुपातिक चमक) प्रयोगों की श्रृंखला तरल ज़ेनॉन का उपयोग करके यू. के. डार्क मैटर सहयोग द्वारा अपनाए गए एक प्रगतिशील कार्यक्रम था। यह डी. आर. आई. एफ. टी. कार्यक्रम के साथ विकसित हुआ जिसने डब्ल्यू. आई. एम. पी. प्रकीर्णन पर दिशात्मक जानकारी को पुनर्प्राप्त करने के लिए गैस से भरे टी. पी. सी. के उपयोग को बढ़ावा दिया। 1980 के दशक के अंत में यू. के. डी. एम. सी. ने क्रायोजेनिक एल. आई. एफ., सी. ए. एफ. 2, सिलिकॉन और जर्मेनियम सहित विभिन्न सामग्रियों और तकनीकों की क्षमता का पता लगाया था, जिससे बोल्बी में कमरे के तापमान एन. ए. आई. (टी. एल.) सिंटिलेटर के आधार पर एक कार्यक्रम उभरा। एक नई लक्षित सामग्री, तरल ज़ेनॉन के लिए बाद का कदम, इस अहसास से प्रेरित था कि उत्कृष्ट तरल लक्ष्य स्वाभाविक रूप से अधिक मापनीय हैं और कम ऊर्जा सीमा और बेहतर पृष्ठभूमि भेदभाव प्राप्त कर सकते हैं। विशेष रूप से, थोक लक्ष्य की बाहरी परतें, जो बाहरी पृष्ठभूमि से अधिक प्रभावित होती हैं, को डेटा विश्लेषण के दौरान त्याग दिया जा सकता है यदि परस्पर क्रिया की स्थिति ज्ञात हो; यह संभावित रूप से बहुत कम पृष्ठभूमि दर के साथ एक आंतरिक प्रत्ययी मात्रा छोड़ देता है। यह आत्म-परिरक्षण प्रभाव (नियोजित ज़ेप्लिन संक्षिप्त नाम में 'ज़ोन' शब्द द्वारा संदर्भित) क्रिस्टल डिटेक्टरों के साथ अपनाए गए मॉड्यूलर दृष्टिकोण पर आधारित प्रौद्योगिकियों की तुलना में इन लक्ष्यों की संवेदनशीलता में तेजी से लाभ की व्याख्या करता है, जहां प्रत्येक मॉड्यूल अपनी पृष्ठभूमि लाता है। ज़ेप्लिन-I, एक 3 किलोग्राम तरल ज़ेनॉन लक्ष्य, 1990 के दशक के अंत से बोल्बी में संचालित था। इसने पृष्ठभूमि अस्वीकृति के लिए नाड़ी के आकार के भेदभाव का उपयोग किया, डब्ल्यू. आई. एम. पी. और पृष्ठभूमि की बातचीत के कारण चमकने वाले प्रकाश के समय गुणों के बीच एक छोटे लेकिन सहायक अंतर का फायदा उठाया। इसके बाद दो-चरणीय प्रणालियाँ ज़ेप्लिन-II और ज़ेप्लिन-III आई, जिन्हें क्रमशः आरएएल/यूसीएलए और इंपीरियल कॉलेज में समानांतर रूप से डिज़ाइन और निर्मित किया गया था। ज़ेप्लिन-II दुनिया में काले पदार्थ की खोज के लिए तैनात पहली दो-चरण प्रणाली थी; इसमें एक तथाकथित तीन-इलेक्ट्रोड विन्यास में गैस की 3 मिमी परत द्वारा शीर्ष पर 30 किलोग्राम तरल ज़ेनॉन लक्ष्य शामिल थाः तरल सतह के नीचे एक अतिरिक्त इलेक्ट्रोड का उपयोग करके (गैस के ऊपर स्थित एक एनोड ग्रिड के अलावा, और कक्ष के नीचे एक कैथोड के अलावा) तरल के थोक (डब्ल्यूआईएमपी लक्ष्य) और उसके ऊपर के गैस क्षेत्र में अलग-अलग विद्युत क्षेत्र लागू किए गए थे। ज़ेप्लिन-II में 7 फोटोमल्टीप्लायरों की एक सरणी ने गैस चरण में ऊपर से कक्ष को देखा। ज़ेपलिन-III को 1990 के दशक के अंत में प्रस्तावित किया गया था, जो आंशिक रूप से आई. टी. ई. पी. में विकसित एक समान अवधारणा पर आधारित था, और इंपीरियल कॉलेज में प्रो. टिम समनर और उनकी टीम द्वारा बनाया गया था। इसे 2006 के अंत में बोल्बी में भूमिगत तैनात किया गया था, जहाँ यह 2011 तक संचालित था। यह एक दो-इलेक्ट्रोड कक्ष था, जहाँ गैस में इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन एक अतिरिक्त इलेक्ट्रोड के बजाय तरल थोक में एक मजबूत (4 केवी/सेमी) क्षेत्र द्वारा प्राप्त किया जाता था। फोटोमल्टीप्लायर सरणी में 31 फोटॉन डिटेक्टर थे जो नीचे से डब्ल्यूआईएमपी लक्ष्य को देख रहे थे, जो ठंडे तरल ज़ेनॉन में डूबे हुए थे। ज़ेप्लिन-II और-III को उद्देश्यपूर्ण रूप से अलग-अलग तरीकों से डिज़ाइन किया गया था, ताकि प्रत्येक उप-प्रणाली में नियोजित तकनीकों का मूल्यांकन किया जा सके और यूकेडीएमसी द्वारा प्रस्तावित अंतिम प्रयोग के लिए चुना जा सकेः एक टन-स्केल ज़ेनॉन लक्ष्य (ज़ेप्लिन-मैक्स) जो उस समय (1 × 10−10 पी. बी.) सिद्धांत द्वारा समर्थित अधिकांश पैरामीटर स्थान की जांच करने में सक्षम था, हालांकि यह बाद की प्रणाली धन की कमी के कारण यूके में कभी नहीं बनाई गई थी। परिणाम हालांकि ज़ेप्लिन-III तरल ज़ेनॉन लक्ष्य को अपने ज़ेप्लिन पूर्ववर्तियों के समान पैमाने पर बनाया गया था, लेकिन इसने प्राप्त उच्च भेदभाव कारक और कम समग्र पृष्ठभूमि के कारण डब्ल्यू. आई. एम. पी. संवेदनशीलता में महत्वपूर्ण सुधार हासिल किया। 2011 में इसने 50 जी. ई. वी. डब्ल्यू. आई. एम. पी. द्रव्यमान के लिए 3.9 ×10−8 पी. बी. से ऊपर स्पिन-स्वतंत्र डब्ल्यू. आई. एम. पी.-नाभिक लोचदार प्रकीर्णन क्रॉस-सेक्शन पर बहिष्करण सीमाओं को प्रकाशित किया। हालांकि XENON100 के परिणामों के रूप में कठोर नहीं, यह 10 गुना छोटे प्रत्ययी द्रव्यमान के साथ हासिल किया गया था और इन डिटेक्टरों में अब तक हासिल किए गए सर्वश्रेष्ठ पृष्ठभूमि भेदभाव का प्रदर्शन किया गया था। डब्ल्यू. आई. एम. पी.-न्यूट्रॉन स्पिन-निर्भर क्रॉस-सेक्शन को 8.0 ×10−3 पी. बी. से ऊपर से बाहर रखा गया था। इसने एक अस्थिर डब्ल्यू. आई. एम. पी. प्रकीर्णन मॉडल को भी खारिज कर दिया जिसने अन्य प्रयोगों में संकेत की अनुपस्थिति के साथ डी. ए. एम. ए. से एक सकारात्मक दावे का मिलान करने का प्रयास किया। संदर्भ बाहरी लिंक ज़ेप्लिन-III परियोजना बोल्बी भूमिगत प्रयोगशाला यू. के. उत्तरी यॉर्कशायर में डार्क मैटर खोज अनुसंधान संस्थानों के लिए डार्क मैटर सहयोग प्रयोग