ZEPLIN-III
زیپلین-III تاریک مادے کے تجربے نے 12 کلوگرام مائع زینون ہدف کا استعمال کرتے ہوئے کہکشاں کے ڈبلیو آئی ایم پیز کا پتہ لگانے کی کوشش کی۔ یہ 2006 سے 2011 تک شمالی یارکشائر کے لوفٹس میں بولبی زیر زمین لیبارٹری میں کام کرتا رہا۔ یہ زیپلن پروگرام میں زینون پر مبنی تجربات کے سلسلے میں آخری تھا جس کی پیروی اصل میں یوکے ڈارک میٹر کولیبریشن (یوکے ڈی ایم سی) نے کی تھی۔ زیپلین-III پروجیکٹ کی قیادت امپیریل کالج لندن نے کی تھی اور اس میں برطانیہ میں ردرفورڈ ایپلٹن لیبارٹری اور یونیورسٹی آف ایڈنبرا کے ساتھ ساتھ پرتگال میں ایل آئی پی-کویمبرا اور روس میں آئی ٹی ای پی-ماسکو بھی شامل تھے۔ اس نے بولبی (2008 میں 83 دن اور 2010/11 میں 319 دن) میں کیے گئے دو سائنس رنوں سے 3.9 × 10−8 پی بی (3.9 × 10−44 سینٹی میٹر) سے اوپر کے نیوکلینوں سے ڈبلیو آئی ایم پیز کے لچکدار بکھرنے کے لیے کراس سیکشن کو مسترد کر دیا۔ براہ راست تاریک مادے کی تلاش کے تجربات انتہائی نایاب اور بہت کمزور تصادم کی تلاش کرتے ہیں جن کی توقع سرد تاریک مادے کے ذرات کے درمیان ہوتی ہے جن کے بارے میں خیال کیا جاتا ہے کہ وہ ہماری کہکشاں اور تابکاری کا پتہ لگانے والے کے فعال میڈیم میں ایٹموں کے مرکزے میں داخل ہوتے ہیں۔ یہ فرضی ابتدائی ذرات کمزور انٹرایکٹنگ ماسیو پارٹیکلز، یا ڈبلیو آئی ایم پیز ہو سکتے ہیں، جن کا وزن چند پروٹانوں جتنا کم یا کئی بھاری مرکزوں جتنا ہو سکتا ہے۔ ان کی نوعیت ابھی تک معلوم نہیں ہے، لیکن تاریک مادے کے مسئلے کی وضاحت کے لیے ذرہ طبیعیات کے معیاری ماڈل کے اندر کوئی سمجھدار امیدوار باقی نہیں ہے۔ ڈٹیکشن ٹیکنالوجی کنڈینسڈ نوبل گیسیں، خاص طور پر مائع زینون اور مائع ارجن، تابکاری کا پتہ لگانے کے بہترین ذرائع ہیں۔ وہ ہر ذرہ تعامل کے لیے دو اشارے پیدا کر سکتے ہیں: روشنی کی تیز چمک (چمک) اور چارج کی مقامی رہائی (آئنائزیشن)۔ دو مرحلوں والے زینون میں-جسے اس لیے کہا جاتا ہے کہ اس میں توازن میں مائع اور گیس کے مراحل شامل ہوتے ہیں-مائع میں تعامل سے پیدا ہونے والی چمکدار روشنی کا پتہ براہ راست فوٹو ملٹی پلیئر ٹیوبوں سے لگایا جاتا ہے۔ تعامل کی جگہ پر جاری ہونے والے آئنائزیشن الیکٹرانوں کو بیرونی برقی میدان کے نیچے مائع کی سطح تک منتقل کیا جاتا ہے، اور اس کے بعد زینون بخارات کی پتلی پرت میں خارج کیا جاتا ہے۔ ایک بار گیس میں داخل ہونے کے بعد، وہ روشنی کی ایک دوسری، بڑی نبض (الیکٹرو لومینسینس یا متناسب چمک) پیدا کرتے ہیں، جس کا پتہ فوٹو ملٹی پلیئروں کی اسی صف سے لگایا جاتا ہے۔ ان نظاموں کو زینون 'ایمیشن ڈیٹیکٹرز' کے نام سے بھی جانا جاتا ہے۔ یہ ترتیب ٹائم پروجیکشن چیمبر (ٹی پی سی) کی ہے۔ یہ تعامل کی جگہ کی تین جہتی تعمیر نو کی اجازت دیتا ہے، کیونکہ گہرائی کوآرڈینیٹ (زیڈ) کو دو ہلکی دالوں کے درمیان وقت کی علیحدگی سے بہت درست طریقے سے ماپا جا سکتا ہے۔ افقی نقاط کو فوٹو ملٹی پلیئر صفوں میں ہٹ پیٹرن سے دوبارہ تعمیر کیا جا سکتا ہے۔ ڈبلیو آئی ایم پی تلاشوں کے لیے تنقیدی طور پر، دو رسپانس چینلز (سنٹیلیشن اور آئنائزیشن) کے درمیان تناسب ڈبلیو آئی ایم پی تلاشوں کے لیے غالب پس منظر کو مسترد کرنے کی اجازت دیتا ہے: ڈٹیکٹر مواد اور فوری ماحول میں ٹریس تابکاری سے گاما اور بیٹا تابکاری۔ ڈبلیو آئی ایم پی امیدوار واقعات زیادہ عام پس منظر کے تعاملات کے مقابلے میں کم آئنائزیشن/سنٹلیشن تناسب پیدا کرتے ہیں۔ زیپلین پروگرام نے ڈبلیو آئی ایم پی سرچز کے لیے دو مراحل والی ٹیکنالوجی کے استعمال کا آغاز کیا۔ تاہم، یہ تکنیک خود سب سے پہلے 1970 کی دہائی کے اوائل میں آرگون کا استعمال کرتے ہوئے تابکاری کا پتہ لگانے کے لیے تیار کی گئی تھی۔ لیبیڈینکو، جو ماسکو انجینئرنگ فزکس انسٹی ٹیوٹ میں اس کے علمبرداروں میں سے ایک ہیں، 2001 سے برطانیہ میں زیپلن-III کی تعمیر میں شامل تھے۔ اس کے ساتھ ساتھ تیار کیا گیا، لیکن تیز ٹائم اسکیل پر، زیپلین-II دنیا میں کام کرنے والا پہلا ایسا ڈبلیو آئی ایم پی ڈٹیکٹر تھا (2005)۔ اس ٹیکنالوجی کو زینون پروگرام نے بھی بہت کامیابی کے ساتھ اپنایا۔ ڈبلیو اے آر پی تعاون اور آر ڈی ایم کے ذریعے تاریک مادے کی تلاش کے لیے دو مراحل والے آرگون کا بھی استعمال کیا گیا ہے۔ ایل یو ایکس اسی طرح کے نظام تیار کر رہا ہے جس نے بہتر حدود طے کی ہیں۔ ZEPLIN (ZonEd پروپورشنل سنٹلیشن ان لیکویڈ نوبل گیسز) تجربات کا سلسلہ ایک ترقی پسند پروگرام تھا جس کی پیروی برطانیہ کے ڈارک میٹر کولیبریشن نے مائع زینون کا استعمال کرتے ہوئے کی تھی۔ یہ ڈی آر آئی ایف ٹی پروگرام کے ساتھ ساتھ تیار ہوا جس نے ڈبلیو آئی ایم پی بکھرنے پر دشاتمک معلومات کی بازیابی کے لیے گیس سے بھرے ٹی پی سی کے استعمال کو فروغ دیا۔ 1980 کی دہائی کے آخر میں یوکے ڈی ایم سی نے مختلف مواد اور تکنیکوں کی صلاحیت کو تلاش کیا تھا، جن میں کرائیوجینک ایل آئی ایف، سی اے ایف 2، سلکان اور جرمینیئم شامل ہیں، جس سے بولبی میں کمرے کے درجہ حرارت این اے آئی (ٹی ایل) سنٹیلیٹرز پر مبنی ایک پروگرام سامنے آیا۔ ایک نئے ٹارگٹ میٹریل، مائع زینون کی طرف آنے والا اقدام، اس احساس سے متاثر تھا کہ عمدہ مائع کے اہداف فطری طور پر زیادہ توسیع پذیر ہوتے ہیں اور کم توانائی کی حد اور بہتر پس منظر کے امتیاز کو حاصل کر سکتے ہیں۔ خاص طور پر، بلک ٹارگٹ کی بیرونی پرتیں، جو بیرونی پس منظر سے زیادہ متاثر ہوتی ہیں، اعداد و شمار کے تجزیے کے دوران قربان کی جا سکتی ہیں اگر تعاملات کی پوزیشن معلوم ہو ؛ یہ ممکنہ طور پر بہت کم پس منظر کی شرح کے ساتھ ایک اندرونی فڈیوشل حجم چھوڑتا ہے۔ یہ سیلف شیلڈنگ اثر (جس کا اشارہ زیپلین کے مخفف میں 'زونڈ' اصطلاح سے کیا گیا ہے) کرسٹل ڈیٹیکٹرز کے ساتھ اپنائے گئے ماڈیولر نقطہ نظر پر مبنی ٹیکنالوجیز کے مقابلے میں ان اہداف کی حساسیت میں تیزی سے ہونے والے فوائد کی وضاحت کرتا ہے، جہاں ہر ماڈیول اپنا پس منظر لاتا ہے۔ زیپلین-I، ایک 3 کلوگرام مائع زینون ہدف، 1990 کی دہائی کے آخر سے بولبی میں کام کر رہا تھا۔ اس نے پس منظر کے مسترد ہونے کے لیے نبض کی شکل کے امتیاز کا استعمال کیا، ڈبلیو آئی ایم پیز اور پس منظر کے تعاملات کی وجہ سے چمکنے والی روشنی کی وقت کی خصوصیات کے درمیان ایک چھوٹے لیکن مددگار فرق کا استحصال کیا۔ اس کے بعد دو مراحل والے نظام زیپلین-II اور زیپلین-III آئے، جنہیں بالترتیب آر اے ایل/یو سی ایل اے اور امپیریل کالج میں متوازی طور پر ڈیزائن اور بنایا گیا تھا۔ زیپلین-II دنیا میں تاریک مادے کی تلاش کے لیے تعینات کیا گیا پہلا دو مراحل کا نظام تھا۔ یہ 30 کلوگرام مائع زینون ہدف پر مشتمل تھا جس کے اوپر تین الیکٹروڈ کی نام نہاد ترتیب میں گیس کی 3 ملی میٹر پرت تھی: مائع کی سطح کے نیچے ایک اضافی الیکٹروڈ کا استعمال کرکے (گیس کے اوپر واقع انوڈ گرڈ کے علاوہ، اور چیمبر کے نیچے ایک کیتھوڈ کے علاوہ) مائع کے بڑے حصے (ڈبلیو آئی ایم پی ہدف) اور اس کے اوپر گیس کے علاقے میں علیحدہ برقی میدانوں کا اطلاق کیا گیا۔ زیپلین-II میں 7 فوٹو ملٹی پلیئروں کی ایک صف نے گیس مرحلے میں چیمبر کو اوپر سے دیکھا۔ زیپلین-III کی تجویز 1990 کی دہائی کے آخر میں پیش کی گئی تھی، جو جزوی طور پر آئی ٹی ای پی میں تیار کردہ اسی طرح کے تصور پر مبنی تھی، اور اسے امپیریل کالج میں پروفیسر ٹم سمنر اور ان کی ٹیم نے بنایا تھا۔ اسے 2006 کے آخر میں بولبی میں زیر زمین تعینات کیا گیا تھا، جہاں یہ 2011 تک کام کرتا رہا۔ یہ ایک دو الیکٹروڈ چیمبر تھا، جہاں گیس میں الیکٹران کا اخراج اضافی الیکٹروڈ کے بجائے مائع بلک میں ایک مضبوط (4 کے وی/سی ایم) فیلڈ کے ذریعے حاصل کیا جاتا تھا۔ فوٹو ملٹی پلیئر صف میں 31 فوٹون ڈٹیکٹر تھے جو نیچے سے ڈبلیو آئی ایم پی کے ہدف کو دیکھ رہے تھے، جو ٹھنڈے مائع زینون میں ڈوبے ہوئے تھے۔ زیپلن-II اور-III کو جان بوجھ کر مختلف طریقوں سے ڈیزائن کیا گیا تھا، تاکہ ہر ذیلی نظام میں استعمال ہونے والی ٹیکنالوجیز کا اندازہ لگایا جا سکے اور یوکے ڈی ایم سی کے تجویز کردہ حتمی تجربے کے لیے ان کا انتخاب کیا جا سکے: ایک ٹن پیمانے کا زینون ٹارگٹ (زیپلن-میکس) جو اس وقت (1 × 10−10 پی بی) تھیوری کے حق میں زیادہ تر پیرامیٹر کی جگہ کی تحقیقات کرنے کے قابل تھا، حالانکہ یہ مؤخر الذکر نظام فنڈنگ کی کمی کی وجہ سے برطانیہ میں کبھی نہیں بنایا گیا تھا۔ نتائج اگرچہ زیپلن-III مائع زینون ہدف اسی پیمانے پر بنایا گیا تھا جو اس کے زیپلن پیشروؤں کے پیمانے پر بنایا گیا تھا، لیکن اس نے حاصل کردہ اعلی امتیازی عنصر اور کم مجموعی پس منظر کی وجہ سے ڈبلیو آئی ایم پی حساسیت میں نمایاں بہتری حاصل کی۔ 2011 میں اس نے 50 جی ای وی ڈبلیو آئی ایم پی ماس کے لیے 3.9 × 10−8 پی بی سے اوپر اسپن آزاد ڈبلیو آئی ایم پی-نیوکلین لچکدار بکھرنے والے کراس سیکشن پر اخراج کی حدود شائع کیں۔ اگرچہ یہ ایکس ای این او این 100 کے نتائج کی طرح سخت نہیں تھا، لیکن یہ 10 گنا چھوٹے فڈیوشیل ماس کے ساتھ حاصل کیا گیا اور ان ڈٹیکٹرز میں اب تک حاصل کیے گئے بہترین پس منظر کے امتیازی سلوک کا مظاہرہ کیا گیا۔ ڈبلیو آئی ایم پی-نیوٹرون اسپن پر منحصر کراس سیکشن کو 8.0 × 10−3 پی بی سے اوپر خارج کر دیا گیا تھا۔ اس نے ایک غیر لچکدار ڈبلیو آئی ایم پی بکھرنے والے ماڈل کو بھی مسترد کر دیا جس نے دوسرے تجربات میں سگنل کی عدم موجودگی کے ساتھ ڈی اے ایم اے کے مثبت دعوے کو ہم آہنگ کرنے کی کوشش کی۔ حوالہ جات بیرونی روابط زیپلین-III پروجیکٹ بولبی انڈر گراؤنڈ لیبارٹری یوکے ڈارک میٹر کولیبریشن تجربات برائے ڈارک میٹر سرچ ریسرچ انسٹی ٹیوٹ شمالی یارکشائر میں