How to build a dark matter detector - Jenna Saffin

Translator: Behdad Khazaeli Reviewer: sadegh zabihi

More than two kilometers below the surface of northern Ontario,

بیش از دو کیلومتر پایین تر از سطح زمین اونتاریوی شمالی،

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

معلق در ۳۴۵٫۰۰۰ لیتر آب فوق خالص،

there’s a perfect sphere.

یک کُره‌ی بی نقص وجود دارد.

It contains 3600 kilograms of liquid argon,

که حاوی ۳٫۶۰۰ کیلوگرم آرگون مایع،

cooled to -180 degrees Celsius.

در دمای ۱۸۰- درجه سلسیوس است.

Scientists continuously monitor this chamber from above ground,

دانشمندان دائما این محفظه را از روی زمین نظارت می‌کنند.

looking for a glimmer of light in the darkness.

و به دنبال کورسویی از نور دراین تاریکی‌اند.

Because down here,

چون این پایین،

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

در ژرفای زیرسطح زمین و پوشیده از حفاظی از آب،

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

آن نور می‌تواند وجود یکی از مهمترین رازهای کیهان را نشان دهد:

dark matter.

ماده تاریک.

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

تمامی ماده قابل مشاهده، سیارات، ستاره‌ها و کهکشان‌ها،

doesn’t create enough gravitational pull

به اندازه کافی کشش جاذبه‌ای ایجاد نمی‌کنند

to explain the universe’s larger structure.

تا ساختار بزرگتر جهان را توضیح دهد.

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

این ماده تاریک است که تقریبا، بیش از ۲۵٪ جهان شناخته شده را تشکیل می‌دهد.

But despite its prevalence,

ولی با وجود گستردگی آن،

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

هنوز نتوانسته‌ایم مستقیما آن را تشخیص دهیم.

It’s no small challenge.

این چالش کوچکی نیست.

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

به این دلیل نام آن ماده تاریک است که به هیچ‌گونه نوری واکنش نشان نمی‌دهد.

visible or otherwise,

مرئی یا نامرئی،

which means our usual observation tools

این یعنی که ابزارهای معمول مشاهده ما

simply don’t work when trying to observe it.

در دیدن آن کارایی ندارند.

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

اما با آنکه ماده تاریک ممکن است توسط طیف الکترومغناطیسی قابل مشاهده نباشد،

it’s still matter,

باز هم ماده است،

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

پس باید بتوانیم تعامل آن را با مواد دیگر اندازه‌گیری کنیم.

And if our current model of physics is correct,

و اگر مدل فعلی ما از فیزیک صحیح باشد،

billions of sub-atomic dark matter particles

میلیارد‌ها ذره زیر اتمی ماده تاریک

are passing through the Earth every second.

هر ثانیه از میان زمین عبور می‌کنند.

Despite the prevalence of dark matter,

با وجود گستردگی ماده تاریک،

its interactions are predicted to be rare and extremely weak.

تعامل آنها پیش بینی شده که خیلی ضعیف و نادر باشند.

To detect these interactions,

برای آشکار کردن چنین تعاملاتی،

dark matter experiments need to be incredibly sensitive.

آزمایش‌های ماده تاریک باید با حساسیت بی‌نهایت زیادی انجام شوند.

With such sensitive equipment,

با چنین ابزار‌های حساسی،

the ever-present background radiation on Earth’s surface

تشعشعات زمینه‌ای همیشگی ناشی از سطح زمین

would create so much noise in the data

آنقدر اختلال در اطلاعات ایجاد خواهد کرد

that any dark matter particles would be completely overwhelmed.

که ذرات ماده تاریک کاملا پوشیده خواهند شد.

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

شبیه به شنیدن صدای افتادن یک سوزن در یک خیابان شلوغ است.

To solve this problem,

برای حل این مشکل،

scientists have had to dig deep into the Earth.

دانشمندان باید چاهی عمیق در زمین حفر می‌کردند.

Dark matter experiments are set up in specialized underground labs,

آزمایش‌های ماده تاریک در آزمایشگاه‌های تخصصی زیر زمینی انجام می‌شود،

either in mines or inside mountains.

که یا در معادن و یا در درون کوه‌ها قرار دارند.

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

سنگی که بدنه زمین را می‌سازد مانند یک فیلتر عمل می‌کند،

absorbing radiation and stopping disruptive particles.

که تشعشعات را جذب می‌کند و مانع از ذرات مزاحم می‌شود.

The ultra-pure water in which the detector is suspended

آب فوق خالصی که آشکارساز در آن شناور است

adds an additional layer of radiation filtering.

لایه دیگری از فیلتر در برابر تشعشع را اضافه می‌کند.

This shielding ensures that only the particles scientists are looking for

و این عایق بندی ما را از اینکه تنها ذراتی که دانشمندان بدنبال‌شان هستند

can make their way into the detectors.

می‌تواند وارد آشکار ساز شود مطمئن می‌کند.

Once these particles reach an experiment’s inner vessel,

وقتی که این ذرات به محفظه داخلی آزمایش می‌رسند،

scientists have a chance of detecting them.

این احتمال وجود دارد که دانشمندان آنها را آشکار کنند.

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

رابط آشکارساز به شکلی انتخاب شده تا آشکارگر فوق‌العاده حساسی باشند

that can be purified extremely well.

و بتوان آنها را تا اندازه زیادی خالص کرد.

These could be a liquid noble gas,

این‌ها می‌توانند یک گاز‌ نادر،

germanium

ژرمانیوم

and silicon crystals,

و کریستال‌های سیلیکون،

a refrigerant,

گاز مبرد،

or other materials.

یا مواد دیگر باشند.

When radiation interacts, it leaves tell-tale signs,

وقتی که با تشعشعات تعامل می‌کند، آثاری از خود باقی می‌گذارد،

such as light or bubbles,

مانند نور یا حباب،

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

که می‌تواند توسط حسگرهای داخل آشکار‌ساز‌ها دریافت شود.

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

رابط آشکار‌ساز‌ها در داخل محفظه‌ داخلی که از شیشه یا

or a special type of acrylic.

نوع خاصی از آکریلیک ساخته شده قرار دارد.

These chambers have to be able to hold the substance inside

این محفظه‌ها باید بتوانند مواد را در داخل خود نگه دارند

without interacting with it

بدون آنکه با آن تعاملی انجام دهند

while withstanding incredible pressure from the water outside.

و در عین حال در مقابل فشار قابل توجه آب بیرونی هم مقاومت کنند.

The inner vessel is surrounded by powerful sensors

محفظه درونی توسط حسگر‌های قدرتمندی احاطه شده

designed to detect even the tiniest blips of light,

تا بتوانند کمترین میزان نور،

or the sound vibrations caused by a single bubble.

یا لرزش‌های صوتی ناشی از یک حباب را آشکار کنند،

Each sensor records data 24/7,

هر حسگر همواره اطلاعات خود را ضبط می‌کند،

and experiments run for months and years at a time,

و آزمایش برای ماه‌ها و سال‌ها ادامه دارد،

generating terabytes of data every day.

که روزانه ترابایت‌ها آطلاعات تولید می‌کند.

Building dark matter detectors is as much a feat of engineering

ساخت آشکار‌ساز‌های ماده تاریک همانقدر شاهکاری مهندسی است

as it is a feat of physics.

که شاهکاری در علم فیزیک است.

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

زمانی که آزمایش آماده جمع آوری اطلاعت شود،

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

سالها یا دهه‌ها کار و سرمایه‌گذاری برایش انجام شده است،

to the tune of tens of millions of dollars.

در اندازه ده‌ها میلیون دلار.

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

تا سال ۲۰۱۷، هیچ ذره ماده تاریکی به شکل مستقیم آشکار نشده است.

That’s not entirely surprising.

که خیلی هم تعجب آور نیست.

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

فیزیکدان‌ها معتقدند که این تعامل‌ها بسیار نادر و سخت برای آشکار کردن باشند.

In the meantime,

در این میان،

scientists continue to develop new technologies

دانشمندان مشغول توسعه فناوری‌های جدید

and increase detector sensitivity,

برای توسعه حساسیت حسگر‌ها،

closing in on where dark matter is hiding.

برای نزدیک شدن به مخفیگاه ماده تاریک هستند.

And when they find it,

و وقتی که پیدایش کنند،

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

نهایتا توانسته‌ایم یکی از تاریک‌ ترین رازهای جهان را روشن کنیم.