ANAIS-112
اے این اے آئی ایس (این اے آئی سنٹیلیٹرز کے ساتھ سالانہ ماڈیولیشن) ایک سیاہ مادے کا براہ راست پتہ لگانے کا تجربہ ہے جو اسپین میں کین فرانک انڈر گراؤنڈ لیبارٹری (ایل ایس سی) میں واقع ہے۔ اے این اے آئی ایس کا مقصد ڈی اے ایم اے/ایل آئی بی آر اے تجربے کے مثبت نتائج کی آزادانہ انداز میں تصدیق یا تردید کرنا ہے: کم توانائی کا پتہ لگانے کی شرح میں ایک سالانہ ماڈیولیشن جس میں وہ تمام خصوصیات ہوتی ہیں جو سگنل کے لیے متوقع ہوتی ہیں جو ایک معیاری کہکشاں کے ہالے میں کمزور تعامل والے تاریک مادے کے ذرات (ڈبلیو آئی ایم پیز) سے متاثر ہوتی ہیں۔ یہ ماڈیولیشن سورج کے گرد زمین کی گردش کے نتیجے میں پیدا ہوتا ہے۔ ڈی اے ایم اے/ایل آئی بی آر اے کے ذریعہ تقریبا 20 سالوں سے ڈارک میٹر (ڈی ایم) سگنل کی تمام خصوصیات کے ساتھ ایک ماڈیولیشن کا مشاہدہ کیا گیا ہے، لیکن یہ دوسرے ڈی ایم براہ راست پتہ لگانے کے تجربات کے منفی نتائج کے ساتھ سخت تناؤ میں ہے۔ زیادہ تر روایتی ڈبلیو آئی ایم پی-ڈی ایم منظرناموں میں مختلف تجرباتی نتائج کے درمیان مطابقت دراصل ناپسندیدہ ہے، لیکن یہ ڈی ایم پارٹیکل اور ہیلو ماڈلز پر سختی سے منحصر ہے۔ ایک ہی ہدف مواد، این اے آئی (ٹی ایل) کا استعمال کرتے ہوئے موازنہ زیادہ براہ راست اور تقریبا ماڈل سے آزاد ہے۔ تجرباتی سیٹ اپ اور کارکردگی اے این اے آئی ایس-112 تجرباتی سیٹ اپ 112.5 کلوگرام این اے آئی (ٹی ایل) پر مشتمل ہے، جو 9 سلنڈریکل ماڈیولز میں تقسیم کیا گیا ہے، ہر ایک 12.5 کلوگرام اور الفا سپیکٹرا انکارپوریٹڈ کے ذریعہ بنایا گیا ہے، جو 3 × 3 ترتیب میں ترتیب دیا گیا ہے۔ اے این اے آئی ایس-112 ماڈیولز کی سب سے زیادہ متعلقہ خصوصیات میں، یہ اس کے قابل ذکر نظری معیار کو اجاگر کرنے کے قابل ہے، جو اعلی کوانٹم کارکردگی ہماماتسو فوٹو ملٹی پلیئرز (پی ایم ٹی) کے استعمال کے ساتھ مل کر تمام نو ماڈیولز میں فی کے وی 15 فوٹو الیکٹرانوں (پی ایچ ای) کی سطح پر بہت زیادہ روشنی جمع کرنے میں کامیاب ہوتا ہے۔ ہر ماڈیول کے ساتھ جوڑے گئے دو پی ایم ٹی کے سگنلز کو ہائی ریزولوشن (14 بٹس) کے ساتھ 1.2 مائیکرو ونڈو میں 2 جی ایس/ایس پر ڈیجیٹائز کیا جاتا ہے۔ ٹرگر کے لیے 200 این ایس ونڈو میں دو پی ایم ٹی ٹرگر سگنلز کے اتفاق کی ضرورت ہوتی ہے، جبکہ پی ایم ٹی انفرادی ٹرگر واحد فی سطح پر سیٹ کیا جاتا ہے۔ ایک اور دلچسپ خصوصیت ڈٹیکٹر کے پس منظر والے چہروں میں سے ایک کے بیچ میں ایک میلر ونڈو ہے، جو ریڈون سے پاک ماحول میں 10 کے وی تک بیرونی ایکس رے/گاما ذرائع کے ساتھ نو ماڈیولز کو بیک وقت انشانکن کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ دلچسپی کے علاقے (آر او آئی) کی محتاط کم توانائی کی انشانکن، 1 سے 6 کے وی تک، بیرونی انشانکن اور پس منظر سے معلومات کو ملا کر کی جاتی ہے۔ 109 سی ڈی ماخذ کے ساتھ بیرونی انشانکن ہر دو ہفتوں میں انجام دی جاتی ہے، اور ایک اے این اے آئی ایس ماڈیول میں 40 کے اور 22 این اے اندرونی آلودگی سے 3.2 اور 0.87 کے وی پر ہر 1.5 ماہ میں توانائی کے ذخائر کو دوسرے ماڈیول میں اعلی توانائی گاما کے ساتھ اتفاق سے منافع بخش کر منتخب کیا جاتا ہے۔ اے این اے آئی ایس-112 تجربہ ایک شیلڈنگ کے اندر نصب کیا جاتا ہے جس میں 10 سینٹی میٹر آثار قدیمہ کی سیسہ کی اندرونی پرت اور 20 سینٹی میٹر کم سرگرمی کی سیسہ کی بیرونی پرت ہوتی ہے۔ یہ لیڈ شیلڈنگ ایک اینٹی ریڈان باکس میں بند کی جاتی ہے، مضبوطی سے بند کی جاتی ہے اور ریڈان سے پاک نائٹروجن گیس کے ساتھ زیادہ دباؤ میں رکھی جاتی ہے۔ شیلڈنگ کی بیرونی پرت (نیوٹرون شیلڈنگ) 40 سینٹی میٹر پانی کے ٹینکوں اور پولی تھیلین اینٹوں کے امتزاج پر مشتمل ہوتی ہے۔ 16 پلاسٹک سنٹیلیٹرز پر مشتمل ایک فعال ویٹو اینٹی ریڈون باکس اور نیوٹران شیلڈنگ کے درمیان رکھا جاتا ہے، جو سیٹ اپ کے اوپری اور اطراف کو ڈھانپتا ہے، جس سے اے این اے آئی ایس-112 ڈیٹا لینے کے ساتھ ساتھ بقایا میوون فلکس آن سائٹ کو مؤثر طریقے سے ٹیگ کرنے کی اجازت ملتی ہے۔ اے این اے آئی ایس-112 کو 2017 کے موسم بہار کے دوران شروع کیا گیا تھا اور اس نے 2450 ایم ڈبلیو ای کے تحت 3 اگست 2017 کو ایل ایس سی کے ہال بی میں ڈیٹا لینے کا مرحلہ شروع کیا تھا۔ راک اووربرڈن۔ تجربے کا "لائیو ٹائم"، جو تجزیہ کے لیے مفید ہے، 95 فیصد سے زیادہ ہے، جو اعلی ڈیوٹی سائیکل کو حاصل کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ ڈاؤن ٹائم زیادہ تر ماڈیولز کی وقتا فوقتا انشانکن کی وجہ سے ہوتا ہے۔ پس منظر کی تفہیم حاصل کی گئی ہے، سوائے [1-2] کے وی توانائی کے علاقے کے، جہاں پس منظر کا ماڈل ناپی گئی واقعہ کی شرح کو کم کرتا ہے۔ کرسٹل بلک آلودگی غالب پس منظر کا ذریعہ ہے، 210 پی بی، 40 کے، 22 این اے، 3 ایچ شراکت دلچسپی کے علاقے میں سب سے زیادہ متعلقہ ہیں۔ مجموعی طور پر نو اے این اے آئی ایس-112 ماڈیولز پر غور کرتے ہوئے، تین سال کے ڈیٹا لینے کے بعد آر او آئی میں اوسط پس منظر 3.6 سی پی ڈی/کلوگرام/کے وی ہے، جبکہ ڈی اے ایم اے/ایل آئی بی آر اے فیز 2 پس منظر [1-2] کے وی توانائی کے وقفے میں 0.80 سی پی ڈی/کلوگرام/کے وی سے نیچے، [2-3] کے وی توانائی کے وقفے میں 0.24 سی پی ڈی/کلوگرام/کے وی سے نیچے، اور [3-4] کے وی توانائی کے وقفے میں 0.12 سی پی ڈی/کلوگرام/کے وی سے نیچے ہے۔ سالانہ ماڈیولیشن تجزیہ اور نتائج دونوں پی ایم ٹیز کے درمیان نبض کی شکل اور روشنی کے اشتراک پر مبنی فلٹرنگ پروٹوکول کی ترقی اے این اے آئی ایس-112 کے ہدف کو پورا کرنے کے لیے اہم رہی ہے کیونکہ آر او آئی میں ٹرگر ریٹ پر غیر بلک سنٹلیشن ایونٹس کا غلبہ ہے۔ متعلقہ کارکردگی کا تعین بہت اہم ہے، اور اس کا حساب 109Cd، 40K اور 22Na واقعات کا استعمال کرتے ہوئے لگایا جاتا ہے۔ یہ 2 کے وی کے نیچے 100% کے بہت قریب ہے، اور پھر 1 کے وی پر تقریبا 15 فیصد تک تیزی سے کم ہو جاتا ہے، جہاں تجزیہ کی حد مقرر کی جاتی ہے۔ اے این اے آئی ایس-112 ڈیٹا کے سالانہ ماڈیولیشن تجزیہ کے لیے ایک بلائنڈ پروٹوکول کا اطلاق کیا گیا ہے: آر او آئی میں سنگل ہٹ ایونٹس کو ایونٹ کے انتخاب کے دوران اندھا رکھا جاتا ہے۔ اب تک اعداد و شمار کے تین ان بلائنڈنگ کیے جا چکے ہیں: 1.5 سال، 2 سال، اور 3 سال، جو بالترتیب 157.55، 220.69، اور 313.95 کلوگرام × y کی نمائش سے مطابقت رکھتے ہیں۔ اے این اے آئی ایس-112 سالانہ ماڈیولیشن سرچ ان ہی علاقوں میں کی جاتی ہے جن کی تلاش ڈی اے ایم اے/ایل آئی بی آر اے کے تعاون، [1-6] کے وی اور [2-6] کے وی کے ذریعے کی جاتی ہے، جس میں مدت کو 1 سال اور ماڈیولیشن کی زیادہ سے زیادہ مدت کو 2 جون مقرر کیا جاتا ہے۔ اے این اے آئی ایس-112 کے اعداد و شمار میں ممکنہ ماڈیولیشن کی شماریاتی اہمیت کا اندازہ کرنے کے لیے، نو ڈٹیکٹرز کے واقعات کی شرح کا حساب 10 دن کے ڈبوں میں لگایا جاتا ہے، اور اسے کم سے کم χ2 = σi (ni−mi) 2/σ2i کیا جاتا ہے، جہاں ni وقت بن ti میں واقعات کی تعداد ہے (لائیو ٹائم اور ڈٹیکٹر کی کارکردگی کے ذریعے درست کیا جاتا ہے)، σi متعلقہ پوئسون غیر یقینی صورتحال ہے، اسی کے مطابق درست کیا جاتا ہے، اور μi اس وقت کے بن پر واقعات کی متوقع تعداد ہے، جو پس منظر کے ماڈل پر منحصر ہے اور اسے اس طرح لکھا جا سکتا ہے: μi = [R0φbkg (ti) + Smcos (ω (ti−t0)] M یہاں، R0 تجربے میں غیر ماڈیول شدہ شرح کی نمائندگی کرتا ہے، کسی بھی غیر ماڈیول شدہ جزو کے وقت میں امکانی تقسیم فنکشن (پی ڈی ایف) ہے، ایس ایم ماڈیولیشن طول و عرض ہے، ω کو 2π/365 d = 0.01721 ریڈ d−1، t0 سے −62.2 d پر طے کیا گیا ہے (وقت کی ابتدا 3 اگست کو لی گئی ہے اور پھر کوسین کی زیادہ سے زیادہ حد 2 جون کو ہے)، M کل ڈٹیکٹر ماس ہے، ≤E توانائی کے وقفے کی چوڑائی ہے، اور ≤t ٹائم بن کی چوڑائی ہے۔ R0 ایک آزاد پیرامیٹر ہے، جبکہ ایس ایم کو یا تو 0 پر فکس کیا جاتا ہے (کالعدم مفروضے کے لیے) یا غیر محدود، مثبت یا منفی چھوڑ دیا جاتا ہے (ماڈیولیشن مفروضے کے لیے)۔ دونوں توانائی کے علاقوں میں 3 سال کے اعداد و شمار کے لیے نیل مفروضہ اچھی طرح سے تائید شدہ ہے، جو کہ دو پس منظر کے ماڈلز (مونٹی کارلو پس منظر کے ماڈل پر مبنی ایک واحد ایکسپونینشل یا پی ڈی ایف) کے مطابقت پذیر نتائج ہیں۔ جب ڈٹیکٹر کو آزادانہ طور پر سمجھا جاتا ہے تو معیاری انحراف σ (ایس ایم) قدرے کم ہوتا ہے، جیسا کہ ترجیحی حساسیت کے تجزیے کے بعد توقع کی جاتی ہے۔ لہذا، اس فٹ کو تین سالہ نمائش کے لیے اے این اے آئی ایس-112 سالانہ ماڈیولیشن کے حتمی نتائج اور حساسیت کا حوالہ دینے کے لیے منتخب کیا گیا ہے۔ [1-6] کے وی ([2-6] کے وی) پر 2.5 (2.7) σ کی حساسیت کے لیے، [1-6] کے وی توانائی کے علاقوں میں 3.3 اور 2.6 σ پر ڈی اے ایم اے/ایل آئی بی آر اے کے نتیجے کے ساتھ بہترین فٹ مطابقت نہیں رکھتے ہیں۔ 1. 5، 2 اور 3 سال کے ڈیٹا لینے کے اے این اے آئی ایس-112 کے نتائج حساسیت کے تخمینے کی مکمل تصدیق کرتے ہیں۔ اے این اے آئی ایس-112 کے نتائج 2022 میں ڈیٹا لینے کے طے شدہ 5 سالوں کے اندر 3 ایس جی سے اوپر کی حساسیت تک پہنچنے کے امکانات کی حمایت کرتے ہیں۔ کئی مستقل مزاجی کی جانچ پڑتال کی گئی ہے (فٹ میں داخل ہونے والے ڈٹیکٹرز کی تعداد کو تبدیل کرنا، صرف پہلے دو سالوں یا پچھلے دو سالوں پر غور کرنا، یا ٹائم بن کے سائز کو تبدیل کرنا)، یہ نتیجہ اخذ کرتے ہوئے کہ نتیجہ میں متعلقہ منظم غیر یقینی صورتحال کی حمایت کرنے کا کوئی اشارہ نہیں ہے۔ پس منظر کے ماڈل سے نمونے لیے گئے مونٹی کارلو فرضی تجربات کے ایک بڑے سیٹ کی کارکردگی اس بات کی ضمانت دیتی ہے کہ فٹ متعصبانہ نہیں ہے۔ تعدد کا تجزیہ بھی کیا گیا ہے، اور نتیجہ یہ ہے کہ اے این اے آئی ایس-112 ڈیٹا میں تلاش کی گئی تعدد کی حد میں اعدادوشمار کے لحاظ سے کوئی اہم ماڈیولیشن نہیں ہے۔ مستقبل کے امکانات ANAIS-112 حساسیت کی حد زیادہ تر ROI میں اعلی پس منظر کی وجہ سے ہے، لیکن خاص طور پر اس خطے میں 1 سے 2 KeV تک۔ اس تناظر میں، بوسٹڈ ڈیسیژن ٹریز (بی ڈی ٹی) پر مبنی مشین لرننگ تکنیک کا اطلاق، جو اس وقت زیر ترقی ہے، ان غیر بلک سنٹلیشن واقعات کے مسترد ہونے کو بہتر بنا سکتا ہے۔ ابتدائی نتائج متعلقہ حساسیت میں بہتری کی طرف اشارہ کرتے ہیں۔ اگست 2023 تک مزید ایک سال کے لیے ڈیٹا کو بڑھانے سے 4σ سطح پر ڈی اے ایم اے/ایل آئی بی آر اے کی جانچ کی اجازت مل سکتی ہے۔ ڈی اے ایم اے/ایل آئی بی آر اے اور اے این اے آئی ایس کے نتائج کے درمیان موازنہ کو متاثر کرنے والی ایک ممکنہ نظامیات نیوکلیئر ریکوئلز کے لیے ممکنہ طور پر مختلف ڈٹیکٹر ردعمل ہے، کیونکہ دونوں تجربات کو ایکس رے/گاما کا استعمال کرتے ہوئے انشانکن کیا جاتا ہے۔ یہ اچھی طرح سے جانا جاتا ہے کہ الیکٹرانوں کے ذریعے جمع کی گئی اسی توانائی کے حوالے سے نیوکلیئر ریکوئلز کے ذریعے جمع کی گئی توانائی کے لیے سنٹلیشن کو مضبوطی سے بجھا دیا جاتا ہے۔ این اے آئی سنٹیلیٹرز میں بجھانے والے عوامل (کیو ایف) کی پیمائش مضبوط تضادات سے متاثر ہوتی ہے۔ اے این اے آئی ایس-112 ڈٹیکٹرز کیو ایف کا تعین ٹی یو این ایل میں پیمائش کے بعد کیا جا رہا ہے۔ اس کے علاوہ، آن سائٹ نیوٹرون ذرائع کا استعمال کرتے ہوئے تجربے کے لیے ایک مکمل انشانکن پروگرام تیار کیا جا رہا ہے۔ اے این اے آئی ایس-112 ڈیٹا درخواست پر دستیاب ہے۔ طے شدہ پانچ سالہ ڈیٹا لینے کے بعد ڈیٹا جاری کیا جائے گا۔ بیرونی روابط اے این اے آئی ایس تجربہ ویب سائٹ کین فرانک زیر زمین لیبارٹری ویب سائٹ ڈی اے ایم اے پروجیکٹ ویب سائٹ حوالہ جات تاریک مادے کی تلاش کے لیے تجربات