ZEPLIN-III
ZEPLIN-III இருண்ட பொருள் பரிசோதனை 12 கிலோ திரவ செனான் இலக்கைப் பயன்படுத்தி விண்மீன் மண்டல WIMP களைக் கண்டறிய முயன்றது. இது 2006 முதல் 2011 வரை வடக்கு யார்க்ஷயரில் உள்ள லோஃப்டஸில் உள்ள பௌல்பி நிலத்தடி ஆய்வகத்தில் இயங்கி வந்தது. இங்கிலாந்தின் இருண்ட பொருள் ஒத்துழைப்பு (யு. கே. டி. எம். சி) முதலில் பின்பற்றிய ZEPLIN திட்டத்தில் செனான் அடிப்படையிலான சோதனைகளின் தொடரில் இது கடைசியாக இருந்தது. லண்டன் இம்பீரியல் கல்லூரியின் தலைமையில் ZEPLIN-III திட்டம் உருவாக்கப்பட்டது, மேலும் இங்கிலாந்தில் உள்ள ரதர்ஃபோர்ட் ஆப்பிள்டன் ஆய்வகம் மற்றும் எடின்பர்க் பல்கலைக்கழகம், போர்ச்சுகலில் உள்ள LIP-கொயம்ப்ரா மற்றும் ரஷ்யாவில் உள்ள ITEP-மாஸ்கோ ஆகியவை இதில் அடங்கும். பௌல்பியில் நடத்தப்பட்ட இரண்டு அறிவியல் ஓட்டங்களிலிருந்தும் (2008 இல் 83 நாட்களும் 2010/11 இல் 319 நாட்களும்) 3.9 × 10−8 pb (3.9 × 10−44 cm2) க்கு மேல் உள்ள நியூக்ளியன்களில் இருந்து WIMP களின் நெகிழ்வான சிதறலுக்கான குறுக்குவெட்டுகளை அது நிராகரித்தது. நேரடி இருண்ட பொருள் தேடல் சோதனைகள் நமது விண்மீன் மண்டலத்தையும் கதிர்வீச்சு கண்டறிதலின் செயலில் உள்ள ஊடகத்தில் உள்ள அணுக்களின் கருக்களையும் ஊடுருவிச் செல்வதாக நம்பப்படும் குளிர்ந்த இருண்ட பொருள் துகள்களுக்கு இடையில் ஏற்படும் என்று எதிர்பார்க்கப்படும் மிகவும் அரிதான மற்றும் மிகவும் பலவீனமான மோதல்களைத் தேடுகின்றன. இந்த கற்பனையான அடிப்படை துகள்கள் பலவீனமாக ஊடாடும் மாபெரும் துகள்கள் அல்லது WIMP களாக இருக்கலாம், அவை ஒரு சில புரோட்டான்கள் அல்லது பல கனமான கருக்கள் வரை எடையுள்ளதாக இருக்கலாம். அவற்றின் இயல்பு இன்னும் அறியப்படவில்லை, ஆனால் இருண்ட பொருள் சிக்கலை விளக்க துகள் இயற்பியலின் நிலையான மாதிரியில் விவேகமான வேட்பாளர்கள் யாரும் இல்லை. கண்டறிதல் தொழில்நுட்பம் அமுக்கப்பட்ட உன்னத வாயுக்கள், குறிப்பாக திரவ செனான் மற்றும் திரவ ஆர்கான் ஆகியவை சிறந்த கதிர்வீச்சு கண்டறிதல் ஊடகங்களாகும். அவை ஒவ்வொரு துகள் தொடர்புக்கும் இரண்டு கையொப்பங்களை உருவாக்க முடியும்ஃ ஒளியின் வேகமான ஃபிளாஷ் (சிண்டிலேஷன்) மற்றும் மின்னூட்டத்தின் உள்ளூர் வெளியீடு (அயனியாக்கம்). இரண்டு கட்ட செனானில்-இது சமநிலையில் திரவ மற்றும் வாயு கட்டங்களை உள்ளடக்கியது என்பதால் அழைக்கப்படுகிறது-திரவத்தில் ஒரு தொடர்பால் உற்பத்தி செய்யப்படும் சிண்டிலேஷன் ஒளி ஃபோட்டோமல்டிப்லையர் குழாய்களுடன் நேரடியாக கண்டறியப்படுகிறது; தொடர்பு இடத்தில் வெளியிடப்படும் அயனியாக்கம் எலக்ட்ரான்கள் வெளிப்புற மின்சார புலத்தின் கீழ் திரவ மேற்பரப்பு வரை திசை திருப்பப்படுகின்றன, பின்னர் செனான் நீராவியின் மெல்லிய அடுக்குக்குள் வெளியிடப்படுகின்றன. வாயுவில் ஒருமுறை, அவை இரண்டாவது, பெரிய ஒளியின் துடிப்பை உருவாக்குகின்றன (எலக்ட்ரோலுமினென்சென்ஸ் அல்லது விகிதாசார சிண்டிலேஷன்), இது ஒளி பெருக்கிகளின் அதே வரிசையால் கண்டறியப்படுகிறது. இந்த அமைப்புகள் செனான் 'உமிழ்வு கண்டறிதல்கள்' என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன. இந்த உள்ளமைவு ஒரு நேர திட்ட அறை (டி. பி. சி) ஆகும்; இது தொடர்பு தளத்தின் முப்பரிமாண புனரமைப்பை அனுமதிக்கிறது, ஏனெனில் ஆழ ஒருங்கிணைப்பு (இசட்) இரண்டு ஒளி துடிப்புகளுக்கு இடையிலான நேரப் பிரிப்பிலிருந்து மிகவும் துல்லியமாக அளவிட முடியும். ஃபோட்டோமல்டிப்லையர் வரிசை (களில்) உள்ள ஹிட் வடிவத்திலிருந்து கிடைமட்ட ஆயத்தொகுதிகளை மறுகட்டமைக்க முடியும். WIMP தேடல்களுக்கு விமர்சன ரீதியாக, இரண்டு மறுமொழி சேனல்களுக்கு இடையிலான விகிதம் (சிண்டிலேஷன் மற்றும் அயனியாக்கம்) WIMP தேடல்களுக்கான முக்கிய பின்னணியை நிராகரிக்க அனுமதிக்கிறதுஃ கண்டறிதல் பொருட்கள் மற்றும் உடனடி சுற்றுப்புறங்களில் உள்ள சுவடு கதிரியக்கத்திலிருந்து காமா மற்றும் பீட்டா கதிர்வீச்சு. WIMP வேட்பாளர் நிகழ்வுகள் மிகவும் பரவலாக உள்ள பின்னணி தொடர்புகளை விட குறைந்த அயனியாக்கம்/சிண்டிலேஷன் விகிதங்களை உருவாக்குகின்றன. ZEPLIN திட்டம் WIMP தேடல்களுக்கு இரண்டு கட்ட தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துவதில் முன்னோடியாக இருந்தது. இருப்பினும், இந்த நுட்பமே முதன்முதலில் 1970 களின் முற்பகுதியில் ஆர்கானைப் பயன்படுத்தி கதிர்வீச்சைக் கண்டறிவதற்காக உருவாக்கப்பட்டது. மாஸ்கோ பொறியியல் இயற்பியல் நிறுவனத்தில் அதன் முன்னோடிகளில் ஒருவரான லெபெடென்கோ, 2001 முதல் இங்கிலாந்தில் ZEPLIN-III ஐ உருவாக்குவதில் ஈடுபட்டிருந்தார். அதனுடன் உருவாக்கப்பட்டது, ஆனால் வேகமான கால அளவுகோலில், ZEPLIN-II என்பது உலகில் செயல்படும் முதல் WIMP டிடெக்டர் ஆகும் (2005). இந்த தொழில்நுட்பம் XENAN திட்டத்தால் மிகவும் வெற்றிகரமாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டது. டபிள்யூஏஆர்பி ஒத்துழைப்பு மற்றும் ஆர்டிஎம் மூலம் இருண்ட பொருள் தேடல்களுக்கு இரண்டு கட்ட ஆர்கான் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளது. மேம்பட்ட வரம்புகளை நிர்ணயித்த இதே போன்ற அமைப்புகளை LUX உருவாக்கி வருகிறது. ZEPLIN (ZonEd புரோபோர்ஷனல் சிண்டிலேஷன் இன் லிக்விட் நோபல் வாயுக்கள்) தொடர் சோதனைகள் என்பது திரவ செனானைப் பயன்படுத்தி இங்கிலாந்து டார்க் மேட்டர் ஒத்துழைப்பால் பின்பற்றப்பட்ட ஒரு முற்போக்கான திட்டமாகும். இது டி. ஆர். ஐ. எஃப். டி திட்டத்துடன் உருவானது, இது டபிள்யூ. ஐ. எம். பி சிதறல் குறித்த திசைத் தகவல்களை மீட்டெடுக்க எரிவாயு நிரப்பப்பட்ட டி. பி. சி. களின் பயன்பாட்டை ஊக்குவித்தது. 1980 களின் பிற்பகுதியில் யு. கே. டி. எம். சி கிரையோஜெனிக் எல். ஐ. எஃப், சி. ஏ. எஃப் 2, சிலிக்கான் மற்றும் ஜெர்மானியம் உள்ளிட்ட பல்வேறு பொருட்கள் மற்றும் நுட்பங்களின் திறனை ஆராய்ந்தது, இதிலிருந்து பௌல்பியில் அறை வெப்பநிலை என். ஏ. ஐ (டி. எல்) சிண்டிலேட்டர்களின் அடிப்படையில் ஒரு திட்டம் உருவானது. ஒரு புதிய இலக்கு பொருள், திரவ செனானுக்கு அடுத்தடுத்த நகர்வு, உன்னதமான திரவ இலக்குகள் இயல்பாகவே அதிக அளவிடக்கூடியவை மற்றும் குறைந்த ஆற்றல் வரம்புகள் மற்றும் சிறந்த பின்னணி பாகுபாட்டை அடைய முடியும் என்ற உணர்தலால் உந்தப்பட்டது. குறிப்பாக, மொத்த இலக்கின் வெளிப்புற அடுக்குகள், வெளிப்புற பின்னணியால் அதிகம் பாதிக்கப்படுகின்றன, தரவு பகுப்பாய்வின் போது இடைவினைகளின் நிலை தெரிந்தால் தியாகம் செய்யப்படலாம்; இது மிகக் குறைந்த பின்னணி விகிதங்களுடன் ஒரு உள் நம்பகமான அளவை விட்டுச்செல்கிறது. ஒவ்வொரு தொகுதியும் அதன் சொந்த பின்னணியைக் கொண்டு வரும் படிகக் கண்டுபிடிப்பாளர்களுடன் ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட மட்டு அணுகுமுறையின் அடிப்படையில் தொழில்நுட்பங்களுடன் ஒப்பிடும்போது இந்த இலக்குகளின் உணர்திறனில் விரைவான ஆதாயத்தை இந்த சுய-பாதுகாப்பு விளைவு (திட்டமிடப்பட்ட ZEPLIN சுருக்கத்தில் 'மண்டல' வார்த்தையால் குறிப்பிடப்படுகிறது) விளக்குகிறது. ZEPLIN-I, 3 கிலோ திரவ செனான் இலக்கு, 1990 களின் பிற்பகுதியில் இருந்து பௌல்பியில் இயக்கப்பட்டது. இது பின்னணி நிராகரிப்புக்கு துடிப்பு வடிவ பாகுபாட்டைப் பயன்படுத்தியது, WIMP கள் மற்றும் பின்னணி தொடர்புகளால் ஏற்படும் ஒளிரும் ஒளியின் நேர பண்புகளுக்கு இடையிலான ஒரு சிறிய ஆனால் பயனுள்ள வேறுபாட்டைப் பயன்படுத்தியது. இதைத் தொடர்ந்து ZEPLIN-II மற்றும் ZEPLIN-III ஆகிய இரண்டு கட்ட அமைப்புகள் முறையே RAL/UCLA மற்றும் இம்பீரியல் கல்லூரியில் இணையாக வடிவமைக்கப்பட்டு கட்டப்பட்டன. உலகில் இருண்ட பொருளைத் தேடுவதற்கு பயன்படுத்தப்பட்ட முதல் இரண்டு கட்ட அமைப்பாக ZEPLIN-II இருந்தது; இது 30 கிலோ திரவ செனான் இலக்கைக் கொண்டிருந்தது, அதற்கு மேல் 3 மிமீ அடுக்கு வாயு மூன்று மின்முனை உள்ளமைவு என்று அழைக்கப்படுகிறதுஃ திரவத்தின் பெரும்பகுதிக்கும் (WIMP இலக்கு) மற்றும் அதற்கு மேலே உள்ள எரிவாயு பகுதிக்கும் திரவ மேற்பரப்புக்கு அடியில் ஒரு கூடுதல் மின்முனையை (வாயுவுக்கு மேலே அமைந்துள்ள அனோட் கட்டம் மற்றும் அறையின் அடிப்பகுதியில் ஒரு கேத்தோடு தவிர) பயன்படுத்துவதன் மூலம் தனித்தனி மின்சார புலங்கள் பயன்படுத்தப்பட்டன. ZEPLIN-II இல் 7 ஒளி பெருக்கிகளின் வரிசை வாயு கட்டத்தில் அறையை மேலே இருந்து பார்த்தது. 1990களின் பிற்பகுதியில் ஐ. டி. இ. பி. யில் உருவாக்கப்பட்ட இதேபோன்ற கருத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டு, இம்பீரியல் கல்லூரியில் பேராசிரியர் டிம் சம்னர் மற்றும் அவரது குழுவினரால் ZEPLIN-III முன்மொழியப்பட்டது. இது 2006 ஆம் ஆண்டின் பிற்பகுதியில் பௌல்பியில் நிலத்தடியில் நிறுத்தப்பட்டது, அங்கு அது 2011 வரை செயல்பட்டது. இது ஒரு இரண்டு-மின்முனை அறையாக இருந்தது, அங்கு வாயுவில் எலக்ட்ரான் உமிழ்வு ஒரு கூடுதல் மின்முனையை விட திரவ மொத்தத்தில் ஒரு வலுவான (4 kV/cm) புலத்தால் அடையப்பட்டது. ஃபோட்டோமல்டிப்லையர் வரிசையில் 31 ஃபோட்டான் டிடெக்டர்கள் இருந்தன, அவை கீழே இருந்து WIMP இலக்கைப் பார்த்து, குளிர்ந்த திரவ செனானில் மூழ்கியிருந்தன. ZEPLIN-II மற்றும்-III ஆகியவை வெவ்வேறு வழிகளில் வடிவமைக்கப்பட்டன, இதனால் ஒவ்வொரு துணை அமைப்பிலும் பயன்படுத்தப்படும் தொழில்நுட்பங்கள் UKDMC ஆல் முன்மொழியப்பட்ட இறுதி பரிசோதனைக்கு மதிப்பிடப்பட்டு தேர்ந்தெடுக்கப்படலாம்ஃ ஒரு டன் அளவிலான செனான் இலக்கு (ZEPLIN-MAX) அந்த கட்டத்தில் (1 × 10−10 pb) கோட்பாட்டால் விரும்பப்பட்ட பெரும்பாலான அளவுரு இடத்தை ஆராயும் திறன் கொண்டது, இருப்பினும் இந்த பிந்தைய அமைப்பு நிதி இல்லாததால் இங்கிலாந்தில் ஒருபோதும் கட்டப்படவில்லை. ZEPLIN-III திரவ செனான் இலக்கு அதன் ZEPLIN முன்னோடிகளின் அதே அளவில் கட்டப்பட்டிருந்தாலும், அதிக பாகுபாடு காரணி மற்றும் குறைந்த ஒட்டுமொத்த பின்னணி காரணமாக இது WIMP உணர்திறனில் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றங்களை அடைந்தது. 2011 ஆம் ஆண்டில் இது 50 ஜி. இ. வி. டபிள்யூ. ஐ. எம். பி வெகுஜனத்திற்கு 3,9 × 10−8 பவுண்டுகளுக்கு மேல் சுழல்-சுயாதீனமான டபிள்யூ. ஐ. எம். பி-நியூக்ளியன் நெகிழ்ச்சி சிதறல் குறுக்குவெட்டில் விலக்கு வரம்புகளை வெளியிட்டது. XENAN100 இன் முடிவுகளைப் போல கடுமையானதாக இல்லாவிட்டாலும், இது 10 மடங்கு சிறிய நம்பகமான வெகுஜனத்துடன் அடையப்பட்டது மற்றும் இந்த கண்டறிதல்களில் இதுவரை அடையப்பட்ட சிறந்த பின்னணி பாகுபாட்டை நிரூபித்தது. டபிள்யூ. ஐ. எம். பி-நியூட்ரான் சுழற்சி சார்ந்த குறுக்குவெட்டு 8.0 × 10−3 pb க்கு மேல் விலக்கப்பட்டது. டி. ஏ. எம். ஏ-விலிருந்து ஒரு நேர்மறையான உரிமைகோரலை மற்ற சோதனைகளில் சமிக்ஞை இல்லாததுடன் சமரசம் செய்ய முயற்சித்த ஒரு நிலையற்ற டபிள்யூ. ஐ. எம். பி சிதறல் மாதிரியையும் அது நிராகரித்தது. குறிப்புகள் வெளிப்புற இணைப்புகள் ZEPLIN-III திட்டம் போல்பி நிலத்தடி ஆய்வகம் இங்கிலாந்து வடக்கு யார்க்ஷயரில் உள்ள இருண்ட பொருள் தேடல் ஆராய்ச்சி நிறுவனங்களுக்கான இருண்ட பொருள் ஒத்துழைப்பு சோதனைகள்