آشکارساز مبتنی بر DNA میتواند به دانشمندان در شکار ماده تاریک کمک کند.
به گفته محققان، یک آشکارساز مبتنی بر DNA میتواند به کشف ماده تاریک و جهتگیری در فضای ناشی از آن کمک کند.
Giovanni Benintende/Shutterstock
آزمایش ماده تاریک XENON1T متشکل از یک دیگ غولپیکر زنون مایع در یک محفظه زیرزمینی در زیر کوه Gran Gran Sasso در ایتالیا است. وظیفه آن جستجوی شواهدی از ماده تاریک است که منجمان نمیتوانند ببینند اما فکر میکنند جهان را پر کرده است.
از آنجا که منظومه شمسی به سرعت در جهان حرکت میکند.. بنابراین هرگونه برخورد ماده تاریک در داخل XENON1T باید از جهت حرکت ما ناشی شود.
اما مشکلی در XENON1T وجود دارد و سایر ردیابهای ماده تاریک مانند آن هستند. اگرچه باید بتواند شواهدی از ذرات ماده تاریک را ببیند، اما نمیتواند تشخیص دهد که آنها از کدام سمت میآیند و این محدودیتهای قابل توجهی را در مورد آنچه فیزیكدانان میتوانند از دادهها استنباط كنند ایجاد میكند. در عوض چیزی که آنها میخواهند یک ردیاب است که میتواند مسیرهایی را ترسیم کند که ذرات ماده تاریک هنگام عبور از آنها ایجاد میکنند.
ردیاب_ DAN
اکنون سیاران اوهایر، از دانشگاه سیدنی استرالیا، با همکارانش فکر میکنند که میدانند چگونه میتوان این کار را انجام داد. این تیم در حال کار بر روی طراحی یک فرم آشکارساز جدید عجیب و غریب است که میتواند نه تنها وجود ماده تاریک بلکه جهتی را که در آن سفر میکند، تشخیص دهد. این تیم برای اولین بار نحوه تعامل ذرات ماده تاریک در داخل ماشین را شبیهسازی کرده و گفتهاند که این ردیاب مزایای قابل توجهی نسبت به نسل فعلی ردیابها دارد.
جنگل DNA
آشکارساز جدید براساس رشتههای DNA طراحی منحصر به فردی دارد. این آشکارساز شامل جنگلی از اسیدهای هسته دو رشتهای است که از لایههای ورق فلز طلا آویزان شده است. هر رشته DNA منحصر به فرد است و موقعیت آن در داخل ردیاب شناخته شده با وضوح نانومتر است.
هنگامی که یک ذره ماده تاریک به آشکارساز وارد میشود، از طریق رشتههای DNA موجود در مسیر خود، قطعه قطعه میشود و باعث میشود که قطعات شکسته شده در سیستم جمعآوری میکروسیال قرار گیرند. “از آنجا که توالیهای جفت بازها در مولکولهای اسید نوکلئیک میتوانند با استفاده از واکنش زنجیرهای پلیمراز (PCR) دقیقاً تقویت و اندازهگیری شوند، میتوان موقعیت مکانی اولیه هر رشته شکسته در داخل آشکارساز را با دقت نانومتر بازسازی کرد.” به این ترتیب، فیزیكدانان میتوانند مسیر ذره ماده تاریك را از طریق ماشین بازسازی كنند.
ایده پشت آشکارساز DNA در سال 2012 مطرح شد. کار جدید اولین شبیهسازی برای آزمایش نحوه تشخیص برای ذرات ماده تاریک از انواع انرژیها و جهتهای مختلف است. اوهایر و همکاران میگویند: “ما نتیجه میگیریم که یک ردیاب DNA میتواند یک فناوری جدید برای شناسایی ذرات مقرون به صرفه، قابل حمل و قدرتمند باشد.”
رویکرد جدید مزایای دیگری نسبت به ردیابهای ماده تاریک سنتی دارد. این دستگاه در مقایسهبا دیگران برای تشخیص ماده تاریک بسیار کوچک – حتی قابل حمل است. همچنین به طور قابل توجهی ارزانتر خواهد بود.
با این حال، به هیچ وجه کامل نیست. ردیاب DNA اطلاعات کافی برای شناسایی نوع ذرات ماده تاریک درگیر و یا حتی انرژی دقیق آن را فراهم نمیکند. به همین دلیل، این آشکارسازها احتمالاً همراه با دادههای ماشینهای سنتی مورد استفاده قرار می گیرند.
هاله ماده تاریک
در عوض، مزیت اصلی آن توانایی تعیین جهتی است که ذرات از آنجا گرفتهاند. اوهایر و همکارانش میگویند: “انتظار میرود سیگنالهای ماده تاریک به شدت جهتدار باشند، پدیدهای که توسط مدار منظومه شمسی از طریق هاله ماده تاریک ایجاد شده و کهکشان ما را در بر گرفته است.
“جستجوی مسیرهای برگشتی که با جهت چرخش کهکشانی ما مطابقت دارد، امکان آزمایش متقاعد کننده صحت هر سیگنال ماده تاریک بالقوه را فراهم میکند اما به شما اجازه میدهد تا با دقت از منابع نویز پس زمینه مانند پرتوهای کیهانی، تجزیه رادیواکتیو، و نوترینوها اطلاع کسب کنید. “
کار زیادی برای انجام دادن وجود دارد. سال گذشته، فیزیکدانان شواهد زیادی را در دادههای XENON1T یافتند که حاکی از چیزی غیرمعمول است. دقیقاً چه چیزی ، آنها مطمئن نیستند و در حال حاضر امیدوارند که اطلاعات بیشتری برای بررسی بهتر اثر داشته باشند.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
DNA-based detector could help scientists hunt for dark matter
By The Physics arXiv Blog | Published: Tuesday, June 1, 2021
https://astronomy.com/news/2021/06/dna-based-detector-helps-scientists-hunt-for-dark-matter