How to build a dark matter detector - Jenna Saffin

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Tal Dekkers

More than two kilometers below the surface of northern Ontario,

יותר משני קילומטר מתחת לאדמה של צפון אונטריו,

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

תלויה בתוך 345,000 ליטר של מים אולטה נקיים,

there’s a perfect sphere.

יש ספירה מושלמת.

It contains 3600 kilograms of liquid argon,

היא מכילה 3600 קילו של ארגון נוזלי,

cooled to -180 degrees Celsius.

שמקורר למינוס 180 מעלות צלזיוס.

Scientists continuously monitor this chamber from above ground,

מדענים מנטרים ללא הפסקה את התא הזה מעל האדמה,

looking for a glimmer of light in the darkness.

מחפשים נצנוץ אור בחשכה.

Because down here,

בגלל ששם למטה,

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

עמוק מתחת לפני כדור הארץ ועטוף במגן מימי,

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

האור יכול להעיד על הנוכחות של אחת התעלומות הגדולות ביותר ביקום:

dark matter.

חומר אפל.

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

כל החומר שאנחנו יכולים לראות, פלנטות, כוכבים וגלקסיות,

doesn’t create enough gravitational pull

לא יוצרים מספיק כבידה

to explain the universe’s larger structure.

כדי להסביר את המבנה הגדול של היקום.

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

זה החומר האפל, שמוערך כ 25% מהיקום הידוע.

But despite its prevalence,

אבל למרות השכיחות שלו,

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

עד עכשיו לא היינו מסוגלים לגלות אותו ישירות.

It’s no small challenge.

זה אתגר לא קטן.

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

חומר אפל נקרא כך בגלל שהוא לא מגיב עם כל סוג של אור,

visible or otherwise,

נראה או לא,

which means our usual observation tools

מה שאומר שכלי האבחון הרגילים שלנו

simply don’t work when trying to observe it.

פשוט לא עובדים כשמנסים לאבחן אותו.

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

אבל בעוד חומר אפל אולי לא נראה בספקטרום האלקטרומגנטי,

it’s still matter,

הוא עדיין חומר,

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

אז נהיה מסוגלים למדוד את ההשפעות שלו על חומר אחר.

And if our current model of physics is correct,

ואם המודל הנוכחי שלנו של פיזיקה נכון,

billions of sub-atomic dark matter particles

מיליארדי חלקיקי חומר אפל תת אטומיים

are passing through the Earth every second.

עוברים דרך כדור הארץ כל שניה.

Despite the prevalence of dark matter,

למרות השכיחות של חומר אפל,

its interactions are predicted to be rare and extremely weak.

התגובות שלו צפויות להיות נדירות וחלשות במיוחד.

To detect these interactions,

כדי לגלות את התגובות האלו,

dark matter experiments need to be incredibly sensitive.

ניסויי חומר אפל צריכים להיות רגישים מאוד.

With such sensitive equipment,

עם כזה ציוד רגיש,

the ever-present background radiation on Earth’s surface

קרינת הרקע הקיימת תמיד על פני כדור הארץ

would create so much noise in the data

תיצור כל כך הרבה רעש במידע

that any dark matter particles would be completely overwhelmed.

שכל חלקיק חומר אפל פשוט יעלם ברעש.

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

זה יהיה כמו לנסות לשמוע סיכה נופלת ברחובות עיר סואנת.

To solve this problem,

כדי לפתור את הבעיה הזו,

scientists have had to dig deep into the Earth.

מדענים היו צריכים לחפור עמוק לתוך כדור הארץ.

Dark matter experiments are set up in specialized underground labs,

ניסויי חומר אפל מותקנים בתך מעבדות תת קרקעיות מותאמות,

either in mines or inside mountains.

או במכרות או בתוך הרים.

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

הסלע שיוצר את קרום כדור הארץ עובד כמו פילטר,

absorbing radiation and stopping disruptive particles.

סופג קרינה ועוצר חלקיקים מפריעים.

The ultra-pure water in which the detector is suspended

המים האולטרה טהורים בהם הגלאי תלוי

adds an additional layer of radiation filtering.

מוסיפים שכבה נוספת של סינון קריאה.

This shielding ensures that only the particles scientists are looking for

ההגנות מבטיחות שרק החלקיקים השמדענים מחפשים

can make their way into the detectors.

יכולים להגיע לתוך הגלאי.

Once these particles reach an experiment’s inner vessel,

ברגע שהחלקיקים האלה מגיעים לכלי הפנימי של הניסוי,

scientists have a chance of detecting them.

למדענים יש סיכוי לגלות אותם.

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

חומר הגלאי נבחר בגלל שהוא גלאי רגיש במיוחד

that can be purified extremely well.

שיכול להיות מטוהר ממש טוב.

These could be a liquid noble gas,

אלה יכולים להיות גזים אצילים נוזליים,

germanium

גרמניום

and silicon crystals,

וגבישי סיליקון,

a refrigerant,

חומר קירור,

or other materials.

או חומרים אחרים.

When radiation interacts, it leaves tell-tale signs,

כשקרינה פועלת על החומר, היא משאירה סימנים,

such as light or bubbles,

כמו אור או בועות,

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

שיכולים להתגלות על ידי הגלאים בתוך הגלאי.

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

חומר הגלאי מוחזק בתוך תא מרכזי שעשוי זכוכית

or a special type of acrylic.

או סוג מיוחד של אקריליק.

These chambers have to be able to hold the substance inside

החללים האלה צריכים להיות מסוגלים להחזיק חומר בפנים

without interacting with it

בלי להשפיע עליו

while withstanding incredible pressure from the water outside.

בעודם עומדים בלחצים עצומים מהמים בחוץ.

The inner vessel is surrounded by powerful sensors

הכלי הפנימי מוקף בחיישנים חזקים

designed to detect even the tiniest blips of light,

שמתוכננים לזהות אפילו הבהובים זעירים של אור,

or the sound vibrations caused by a single bubble.

או קול הרטיטות שנגרמות מבועה בודדת.

Each sensor records data 24/7,

כל גלאי מקליט מידע 24/7,

and experiments run for months and years at a time,

וניסויים רצים במשך חודשים ושנים כל פעם,

generating terabytes of data every day.

מייצרים טרבייטים של מידע כל יום.

Building dark matter detectors is as much a feat of engineering

בנית גלאי חומר אפל זה השג הנדסי

as it is a feat of physics.

ממש כמו שזה השיג פיסיקלי.

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

עד שניסוי מוכן להתחיל לאסוף מידע,

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

שנים או עשורים של עבודה והשקעה כבר נכנסו לזה,

to the tune of tens of millions of dollars.

כנראה עשרות מליוני דולרים.

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

ונכון ל 2017, אף חלקיק חומר אפל לא זוהה.

That’s not entirely surprising.

זה לא לגמרי מפתיע.

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

פיסיקאים מצפים שההשפעות האלו יהיו ממש נדירות וקשות לזיהוי.

In the meantime,

בינתיים,

scientists continue to develop new technologies

מדענים ממשיכים לפתח טכנולוגיות חדשות

and increase detector sensitivity,

ומגדילים את רגישות הגלאים,

closing in on where dark matter is hiding.

מתקרבים למקום בו חומר אפל מתחבא.

And when they find it,

וכשהם ימצאו אותו,

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

נוכל לבסוף להביא את הסודות הכי אפלים של היקום לאור.