How to build a dark matter detector - Jenna Saffin

المترجم: Omar Essam المدقّق: Hussain Laghabi

More than two kilometers below the surface of northern Ontario,

أكثر من كيلومترين تحت سطح شمال أونتاريو،

suspended in 345,000 liters of ultra-pure water,

معلق في 345000 لتر من مياه فائقة النقاء،

there’s a perfect sphere.

يوجد جسم كروي مثالي.

It contains 3600 kilograms of liquid argon,

يحتوي على 3600 كيلوجرام من الأرجون السائل،

cooled to -180 degrees Celsius.

مبرد إلى -180 درجة مئوية.

Scientists continuously monitor this chamber from above ground,

يراقب العلماء باستمرار هذه الغرفة من فوق الأرض،

looking for a glimmer of light in the darkness.

باحثين عن بصيص من الضوء في الظلام.

Because down here,

لأنه هنا،

deep beneath the Earth’s surface and cocooned in a watery shield,

عميقا تحت سطح الأرض ومحمي بدرع مائي،

that light would indicate the presence of one of the universe’s greatest mysteries:

هذا الضوء يشير إلى وجود واحد من أعظم ألغاز الكون:

dark matter.

المادة المظلمة.

All the matter we can see, planets, stars and galaxies,

كل مادة يمكننا رؤيتها ، الكواكب والنجوم والمجرات،

doesn’t create enough gravitational pull

لا تخلق قوة جاذبية كافية

to explain the universe’s larger structure.

لتفسير بنية الكون الأكبر.

It’s dark matter, which is estimated to make up 25% of the known universe.

إنها المادة المظلمة، والتي تقدر بتشكيل 25 ٪ من الكون المعروف.

But despite its prevalence,

لكن على الرغم من انتشارها

so far we haven’t been able to detect it directly.

حتى الآن لم نتمكن من الكشف عنها مباشرة.

It’s no small challenge.

إنه ليس تحديًا صغيرًا.

Dark matter was so named because it doesn’t interact with any type of light,

سميت المادة المظلمة لأنها لا تتفاعل مع أي نوع من الضوء،

visible or otherwise,

المرئي أو غيره،

which means our usual observation tools

مما يعني أن أدوات المراقبة المعتادة لدينا

simply don’t work when trying to observe it.

ببساطة لا تعمل عند محاولة مراقبة ذلك.

But while dark matter may not be visible in the electromagnetic spectrum,

ولكن في حين قد لا تكون المادة المظلمة مرئية في الطيف الكهرومغناطيسي

it’s still matter,

ما زال مادة،

so we should be able to measure its interactions with other matter.

لذا يجب أن نكون قادرين على قياس تفاعلاتها مع المادة الأخرى.

And if our current model of physics is correct,

وإذا كان النموذج الحالي للفيزياء صحيحا،

billions of sub-atomic dark matter particles

المليارات من جزيئات المادة المظلمة الدون الذرية

are passing through the Earth every second.

تمر خلال الأرض كل ثانية

Despite the prevalence of dark matter,

على الرغم من انتشار المادة المظلمة،

its interactions are predicted to be rare and extremely weak.

من المتوقع أن تكون تفاعلاتها نادرة وضعيفة للغاية.

To detect these interactions,

للكشف عن هذه التفاعلات،

dark matter experiments need to be incredibly sensitive.

يجب أن تكون تجارب المادة المظلمة حساسة بشكل لا يصدق.

With such sensitive equipment,

مع هذه المعدات الحساسة،

the ever-present background radiation on Earth’s surface

الإشعاع الموجود دائما على سطح الأرض

would create so much noise in the data

من شأنه أن يخلق الكثير من الضوضاء في البيانات

that any dark matter particles would be completely overwhelmed.

أن أيا من جزيئات المادة المظلمة سوف تغمرها تماما.

It would be like trying to hear a pin drop on a busy city street.

سيكون مثل محاولة سماع قطرة دبوس في شارع المدينة المزدحم.

To solve this problem,

لحل هذه المشكلة،

scientists have had to dig deep into the Earth.

اضطر العلماء للحفر في عمق الأرض.

Dark matter experiments are set up in specialized underground labs,

يتم إعداد تجارب المادة المظلمة في مختبرات متخصصة تحت الأرض،

either in mines or inside mountains.

سواء في المناجم أو داخل الجبال.

The rock that makes up the Earth’s crust works like a filter,

الصخرة التي تشكل قشرة الأرض تعمل كفلتر،

absorbing radiation and stopping disruptive particles.

تمتص الإشعاع وتوقف الجسيمات المدمرة.

The ultra-pure water in which the detector is suspended

الماء النقي جدا حيث يتم تعليق الكاشف

adds an additional layer of radiation filtering.

يضيف طبقة إضافية من تصفية الإشعاع.

This shielding ensures that only the particles scientists are looking for

هذا التدريع يضمن أن الجسيمات التى يبحث عنها العلماء فقط

can make their way into the detectors.

يمكن أن تشق طريقها إلى أجهزة الكشف.

Once these particles reach an experiment’s inner vessel,

بمجرد وصول هذه الجسيمات لوعاء التجربة الداخلي،

scientists have a chance of detecting them.

يمتلك العلماء الفرصة للكشف عنهم.

The detector media are chosen because they’re exquisitely sensitive detectors

يتم اختيار مجال الكاشف لأنها أجهزة كشف حساسة بشكل كبير

that can be purified extremely well.

التي يمكن تنقيتها بشكل جيد للغاية.

These could be a liquid noble gas,

يمكن أن يكون غاز نبيل سائل،

germanium

جرمانيوم

and silicon crystals,

وبلورات السليكون،

a refrigerant,

مبرد،

or other materials.

أو مواد أخرى.

When radiation interacts, it leaves tell-tale signs,

عندما يتفاعل الإشعاع، يترك علامات،

such as light or bubbles,

مثل الضوء أو الفقاعات،

which can be picked up by the sensors inside the detector.

التي يمكن التقاطها من قبل أجهزة الاستشعار داخل الكاشف.

The detector media are held in a central chamber made of glass

ويوضع مجال الكاشف في غرفة مركزية مصنوعة من الزجاج

or a special type of acrylic.

أو نوع خاص من الأكريليك.

These chambers have to be able to hold the substance inside

هذه الغرف يجب أن تكون قادرة لحمل المادة في الداخل

without interacting with it

دون التفاعل معها

while withstanding incredible pressure from the water outside.

في حين تتحمل ضغطا هائلا من الماء بالخارج.

The inner vessel is surrounded by powerful sensors

الوعاء الداخلي محاط بمستشعرات قوية

designed to detect even the tiniest blips of light,

مصممة لاكتشاف حتى أصغر اللقطات من الضوء،

or the sound vibrations caused by a single bubble.

أو الاهتزازات الصوتية الناجمة عن فقاعة واحدة.

Each sensor records data 24/7,

كل جهاز استشعار يسجل البيانات 24/7،

and experiments run for months and years at a time,

وتجرى التجارب لأشهر وسنوات في كل مرة

generating terabytes of data every day.

مولدة تيرابايتات من البيانات كل يوم.

Building dark matter detectors is as much a feat of engineering

بناء أجهزة الكشف عن المادة المظلمة هو عمل كبير من الهندسة

as it is a feat of physics.

كما هو من الفيزياء.

By the time an experiment is ready to start collecting data,

في الوقت الذي تجهز فيه التجربة لبدء جمع البيانات،

years or decades of work and investment have already gone into it,

سنوات أو عقود من العمل والاستثمار قد دخل بالفعل في ذلك،

to the tune of tens of millions of dollars.

للحن عشرات ملايين الدولارات.

As of 2017, no dark matter particles have been directly detected.

بالنسبة لعام 2017، لم يتم الكشف عن جزيئات المادة المظلمة مباشرة.

That’s not entirely surprising.

هذا ليس مفاجئا تمامًا.

Physicists expect these interactions to be incredibly rare and difficult to detect.

يتوقع الفيزيائيون ندرة هذه التفاعلات وصعوبة اكتشافها.

In the meantime,

في هذه الأثناء،

scientists continue to develop new technologies

يستمر العلماء لتطوير تقنيات جديدة

and increase detector sensitivity,

وزيادة حساسية الكاشف،

closing in on where dark matter is hiding.

والقرب من حيث تختبئ المادة المظلمة.

And when they find it,

وعندما يجدونها،

we’ll finally be able to bring the universe’s darkest secrets into the light.

سنتمكن في النهاية من جلب أسرار الكون الأغمض للضوء.