رقابت زیرزمینی شرق آسیا برای کشف ماده تاریک شتاب می‌گیرد

نتیجه جستجو برای یافتن جرم گمشده کیهان، نه با تلسکوپ‌هایی که به آسمان خیره شده‌اند، بلکه با حجم عظیم صخره‌هایی که از آشکارسازهای اعماق زمین محافظت می‌کنند، تعیین می‌شود. از آنجا که ذرات پرجرم با برهم‌کنش ضعیف (WIMP) به‌ندرت با ماده معمولی برخورد می‌کنند، تفکیک سیگنال‌های ضعیف آن‌ها نیازمند فیلتر کردن بمباران مداوم پرتوهای کیهانی است. هرچه آزمایشگاه عمیق‌تر باشد، نویز پس‌زمینه کمتر است و شانس ثبت برخوردی که بتواند ۸۵ درصد از جرم نامرئی کیهان را توضیح دهد، بیشتر می‌شود.[1][2][4]

این واقعیت ساختاری، رقابتی زیرساختی و خاموش را در سراسر شرق آسیا به راه انداخته است؛ جایی که چین، کره جنوبی و ژاپن با شتاب در حال گسترش تاسیسات فیزیک در اعماق زمین هستند. اهمیت این موضوع در اول سپتامبر ۲۰۲۶ در کنفرانس اخترفیزیک ذرات تراالکترون‌ولت در ژاپن برجسته شد. در آنجا، تیم همکاری بین‌المللی LUX-ZEPLIN که شامل پژوهشگران کره جنوبی نیز می‌شود، یک رویداد سوسوزنی بسیار غیرمعمول ۲۴۸ کیلوالکترون‌ولتی را گزارش کرد.[1][2][3]

سیگنال LZ که در یک آشکارساز زنون مایع ثبت شده است، به ذره‌ای با جرم بیش از ۲۰۰ گیگاالکترون‌ولت اشاره دارد؛ یعنی تقریباً ۲۰۰ برابر سنگین‌تر از یک پروتون. پروفسور چامکور غاگ از کالج دانشگاهی لندن در این باره گفت: «این رویداد منفرد دقیقاً در همان جایی قرار دارد که انتظار داریم ماده تاریک ظاهر شود؛ در بخشی از جستجوی ما که پیش‌تر به‌طور کامل کاوش نشده بود، و ماه‌ها بررسی دقیق را پشت سر گذاشته است.» این رویداد با سطح معناداری ۲٫۶ سیگما ثبت شد، به این معنی که تنها ۰٫۵ درصد احتمال دارد ناشی از تشعشعات پس‌زمینه استاندارد باشد.[2][3]

اگرچه نتیجه ۲٫۶ سیگما برای ادعای یک کشف قطعی به آستانه ۵ سیگما نمی‌رسد، اما انرژی تازه‌ای به این حوزه بخشیده است. ریک گایتسکل، سرپرست تیم همکاری LZ در دانشگاه براون، به دقت این ناهنجاری اشاره کرد: «ما به این دلیل توجه ویژه‌ای نشان می‌دهیم که این سیگنال در منطقه‌ای ثبت شده که انتظار می‌رود سیگنال ماده تاریک در آنجا باشد و سیگنال‌های ناشی از عوامل دیگر در آن بسیار اندک هستند.» اکنون تایید یا رد این سیگنال بر عهده نسل بعدی آشکارسازهای فوق‌حساس است که بسیاری از آن‌ها در شرق آسیا مستقر هستند.[2][3]

در حال حاضر، چین در این رقابت حفاظتی برتری ساختاری دارد. آزمایشگاه زیرزمینی جینگ‌پینگ چین در استان سیچوان، در عمق ۲۴۰۰ متری زیر کوه جینگ‌پینگ فعالیت می‌کند. این آزمایشگاه که از دسامبر ۲۰۲۳ در شکل توسعه‌یافته خود به‌طور کامل عملیاتی شده، عمیق‌ترین و بزرگ‌ترین آزمایشگاه زیرزمینی جهان است و ۳۳۰ هزار متر مکعب فضای پژوهشی دارد. پوشش صخره‌ای بالای آن، تداخل پرتوهای کیهانی را به کمتر از ۰٫۲ میون در هر متر مربع در روز کاهش می‌دهد.[4]

در داخل آزمایشگاه جینگ‌پینگ، تیم همکاری PandaX به رهبری دانشگاه جیائو تونگ شانگهای در حال افزایش ظرفیت‌های خود است. در ۱۷ آوریل ۲۰۲۶، این تیم به کارکرد عملیاتی آشکارساز PandaX-4T خود که از ۳٫۷ تن زنون مایع استفاده می‌کرد، پایان داد. این تیم اکنون در حال ساخت PandaX-20T است؛ یک آشکارساز عظیم ۲۰ تنی که انتظار می‌رود تا پایان سال ۲۰۲۶ مستقر شده و در سال ۲۰۲۷ به‌طور کامل تکمیل شود و حساسیت به پراکندگی کشسان نوکلئون-WIMP را به‌طور چشمگیری بهبود بخشد.[5]

کره جنوبی نیز با زیرساخت‌های عمیق زیرزمینی خود با این جاه‌طلبی همگام شده است. در جونگ‌سون واقع در استان گانگ‌وون، موسسه علوم پایه، آزمایشگاه یمی را در عمق ۱۰۰۰ متری زیر کوه یمی اداره می‌کند. این آزمایشگاه که در اواخر سال ۲۰۲۲ با یک منطقه آزمایشی ۳۰۰۰ متر مربعی تکمیل شد، در حال آماده‌سازی برای میزبانی از نسخه ارتقایافته COSINE-100 است؛ یک آزمایش تشخیص مستقیم ماده تاریک که برای راستی‌آزمایی متقاطع سیگنال‌های ثبت‌شده توسط سایر تاسیسات جهانی طراحی شده است.[1][2]

ژاپن، پیشگام تاریخی در پژوهش‌های زیرزمینی نوترینو و ماده تاریک، همچنان از رصدخانه کامیوکا بهره می‌برد. این تاسیسات که در زیر کوه ایکنویاما واقع شده، میزبان جستجوی ماده تاریک NEWAGE و آشکارساز نوترینوی سوپر کامیوکانده است. پژوهشگران ژاپنی همچنین به‌شدت در همکاری‌های بین‌المللی مانند XENONnT در ایتالیا ادغام شده‌اند و اطمینان حاصل می‌کنند که نهادهای علمی شرق آسیا حتی زمانی که آشکارسازهای فیزیکی در خارج از کشور قرار دارند، در مرکز تحلیل داده‌ها باقی بمانند.[1][6]

سازوکار اصلی هدایت‌کننده این آزمایش‌ها بر محفظه‌های پروجکشن زمان زنون مایع دو فازی متکی است. هنگامی که یک ذره WIMP گهگاه از میان کوه عبور کرده و با یک هسته زنون برخورد می‌کند، یک فلاش نور اولیه (سوسوزنی) تولید کرده و الکترون‌ها (یونیزاسیون) را آزاد می‌کند. فیزیکدانان با اندازه‌گیری نسبت این دو سیگنال می‌توانند برهم‌کنش‌های واقعی ماده تاریک را از واپاشی رادیواکتیو عناصر کمیاب مانند رادون که از دیواره‌های غار نشت می‌کنند، تشخیص دهند.[2][4][5]

با راه‌اندازی PandaX-20T و گسترش ردپای آزمایشی آزمایشگاه یمی، ظرفیت راستی‌آزمایی ناهنجاری ۲۴۸ کیلوالکترون‌ولتی به‌طور تصاعدی افزایش خواهد یافت. حل معمای جرم گمشده اکنون به این بستگی دارد که کدام تاسیسات می‌تواند در طول سال‌های آینده مشاهدات مستمر، دست‌نخورده‌ترین و خالص‌ترین محیط رادیواکتیو را حفظ کند.[1][5]