How to build a dark matter detector - Jenna Saffin

Translator: Kelwalin Dhanasarnsombut Reviewer: Rawee Ma

More than two kilometers below the surface of northern Ontario,

กว่าสองกิโลเมตรลงไปจากผิวโลก ที่นอร์ธออนตาริโอ

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

แขวนตัวอยู่ในน้ำบริสุทธิ์ยิ่งยวด 345,000 ลิตร

there’s a perfect sphere.

มันมีทรงกลมสมบูรณ์แบบอยู่

It contains 3600 kilograms of liquid argon,

ในนั้นมีอาร์กอนเหลว 3600 กิโลกรัม

cooled to -180 degrees Celsius.

ที่ถูกทำให้เย็นถึง -180 องศาเซลเซียส

Scientists continuously monitor this chamber from above ground,

นักวิทยาศาสตร์ติดตามห้องนี้อย่างต่อเนื่อง

looking for a glimmer of light in the darkness.

มองหาลำแสงเล็ก ๆ ในความมืด

Because down here,

เพราะว่าในนั้น

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

ลึกลงไปจากผิวโลก และที่ถูกห่อหุ้มอยู่ในเกราะน้ำนั้น

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

แสงจะระบุถึงการมีอยู่ของหนึ่งในปริศนา ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของจักรวาล

dark matter.

นั่นก็คือสสารมืด

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

สสารทุกอย่างที่เรามองเห็น ดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ และกาแล็กซี่

doesn’t create enough gravitational pull

ไม่ได้สร้างแรงดึงดูดมากพอ

to explain the universe’s larger structure.

ที่จะอธิบายถึงโครงสร้างที่ใหญ่กว่า ของจักรวาลได้

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

มันคือสสารมืดซึ่งถูกคาดว่าคิดเป็น ประมาณ 25% ของจักรวาลที่เรารู้จัก

But despite its prevalence,

แต่ถึงแม้มันจะมีอยู่มากมาย

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

ถึงตอนนี้ เราก็ไม่สามารถ ที่จะตรวจจับมันได้โดยตรง

It’s no small challenge.

มันไม่ใช่เรื่องง่ายเลย

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

สสารมืดถูกเรียกเช่นนั้นก็เพราะว่า มันไม่มีปฏิสัมพันธ์กับแสงไม่ว่าชนิดใด

visible or otherwise,

ไม่ว่าจะเป็นแสงที่เรามองเห็นหรือไม่

which means our usual observation tools

ซึ่งหมายความว่า อุปกรณ์ทั่วไป ที่เราใช้ในการสังเกต

simply don’t work when trying to observe it.

ไม่สามารถใช้งานกับมันได้

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

แต่ในขณะที่สสารมืดไม่ปรากฏ ในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตาเราเห็นได้

it’s still matter,

มันก็ยังเป็นสสารอยู่

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

ฉะนั้นเราควรที่จะสามารถวัด ปฏิสัมพันธ์ของมันกับสสารอื่น ๆ ได้

And if our current model of physics is correct,

และถ้าแบบจำลองทางฟิสิกส์ ในปัจจุบันของเราถูกต้อง

billions of sub-atomic dark matter particles

อนุภาคสสารมืดที่เล็กกว่าระดับอะตอม จำนวนเป็นพันล้าน

are passing through the Earth every second.

กำลังผ่านโลกของเราไปทุก ๆ วินาที

Despite the prevalence of dark matter,

แม้ว่าสสารมืดจะมีอยู่มากมาย

its interactions are predicted to be rare and extremely weak.

ปฏิสัมพันธ์ของมันถูกคาดว่าพบได้ยาก และมีแรงอ่อนมาก

To detect these interactions,

เพื่อที่จะตรวจจับปฏิสัมพันธ์ดังกล่าว

dark matter experiments need to be incredibly sensitive.

การทดลองเกี่ยวกับสสารมืด จะต้องไวมาก ๆ

With such sensitive equipment,

ด้วยอุปกรณ์ที่ไวเช่นนั้น

the ever-present background radiation on Earth’s surface

แม้แต่การแผ่รังสีพื้นหลัง ที่ปรากฏอยู่บนผิวโลก

would create so much noise in the data

ก็จะทำให้เกิดการรบกวนข้อมูล

that any dark matter particles would be completely overwhelmed.

ที่ไม่ว่าอนุภาคสสารมืดใด ๆ ก็จะถูกกลบหมด

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

มันคงเหมือนกับการพยายามฟัง เสียงเข็มตกบนถนนที่มีเสียงดังอื้ออึง

To solve this problem,

เพื่อที่จะแก้ปัญหาดังกล่าว

scientists have had to dig deep into the Earth.

นักวิทยาศาสตร์จะต้องขุดโพรงลึกลงไปในโลก

Dark matter experiments are set up in specialized underground labs,

การทดลองเกี่ยวกับสสารมืดถูกจัดเตรียม ในห้องทดลองใต้ดินเป็นพิเศษ

either in mines or inside mountains.

ในเหมืองหรือในภูเขา

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

หินที่เป็นส่วนประกอบของเปลือกโลก ทำหน้าที่เป็นตัวกรอง

absorbing radiation and stopping disruptive particles.

ทำหน้าที่ดูดซับการแผ่รังสี และหยุดการรบกวนอนุภาค

The ultra-pure water in which the detector is suspended

น้ำบริสุทธิ์ยิ่งยวดที่เครื่องตรวจจับ ถูกแขวนอยู่ในนั้น

adds an additional layer of radiation filtering.

เป็นตัวกรองการแผ่รังสีเพิ่มอีกชั้นหนึ่ง

This shielding ensures that only the particles scientists are looking for

เกราะกั้นนี้จะทำให้มั่นใจว่า มีเพียงอนุภาคที่นักวิทยาศาสตร์สนใจเท่านั้น

can make their way into the detectors.

ที่จะสามารถเข้าไปสู่เครื่องตรวจจับได้

Once these particles reach an experiment’s inner vessel,

เมื่ออนุภาคเหล่านี้เคลื่อนไปถึง ถังสำหรับการทดลองส่วนใน

scientists have a chance of detecting them.

นักวิทยาศาสตร์มีโอกาส ที่จะได้ตรวจจับมัน

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

ตัวกลางของเครื่องตรวจจับถูกคัดเลือก เพราะว่าพวกมันเป็นเครื่องตรวจจับที่ไวมาก

that can be purified extremely well.

ตัวกลางจึงต้องถูกทำให้บริสุทธิ์มาก ๆ

These could be a liquid noble gas,

มันอาจเป็นก๊าซเฉื่อย

germanium

เจอร์มาเนียม

and silicon crystals,

และผลึกคริสตัล

a refrigerant,

สารทำความเย็น

or other materials.

หรือวัสดุอื่น ๆ

When radiation interacts, it leaves tell-tale signs,

เมื่อการแผ่รังสีมีปฏิสัมพันธ์ มันทิ้งสัญญาณไล่หลังเอาไว้

such as light or bubbles,

เช่น แสงหรือฟองอากาศ

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

ซึ่งสามารถถูกตรวจจับได้โดยตัวรับ ที่อยู่ภายในเครื่องตรวจจับ

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

ตัวกลางของเครื่องตรวจจับ ถูกติดไว้กึ่งกลางห้องที่ทำจากแก้ว

or a special type of acrylic.

หรืออะคริลิกชนิดพิเศษ

These chambers have to be able to hold the substance inside

ห้องเหล่านี้จะต้องสามารถ ยึดสารเอาไว้ข้างในได้

without interacting with it

โดยไม่มีปฏิสัมพันธ์กับมัน

while withstanding incredible pressure from the water outside.

ในขณะที่ทนต่อความดันสูง จากน้ำรอบ ๆ

The inner vessel is surrounded by powerful sensors

ในถังที่อยู่ด้านใน ถูกล้อมรอบด้วยตัวจับที่ทรงพลัง

designed to detect even the tiniest blips of light,

ที่ถูกออกแบบมาเพื่อตรวจจับ ลำแสงที่เล็กที่สุด

or the sound vibrations caused by a single bubble.

หรือการสั่นของเสียง ที่เกิดจากฟองอากาศแค่ฟองเดียว

Each sensor records data 24/7,

ตัวจับแต่ละตัวเก็บข้อมูลตลอดเวลา

and experiments run for months and years at a time,

และการทดลองแต่ละครั้งถูกดำเนินการ เป็นเวลาหลายเดือนหลายปี

generating terabytes of data every day.

เพื่อสร้างข้อมูลหลายเทระไบต์ทุก ๆ วัน

Building dark matter detectors is as much a feat of engineering

การสร้างเครื่องตรวจจับสสารมืด ต้องใช้ความรู้ทางวิศวกรรม

as it is a feat of physics.

มากพอ ๆ กับความรู้ทางฟิสิกส์

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

เมื่อได้เวลาที่การทดลองพร้อมจะเก็บข้อมูล

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

การทำงานหลายปีหรือหลายทศวรรษ และการลงทุนก็ได้เกิดขึ้นไปแล้ว

to the tune of tens of millions of dollars.

ด้วยเงินหลายสิบล้านดอลล่าร์

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

ในปี ค.ศ. 2017 ไม่มีอนุภาคสสารมืดใด ๆ ถูกตรวจจับได้

That’s not entirely surprising.

นั่นก็ไม่ใช่เรื่องน่าประหลาดใจแต่อย่างไร

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

นักฟิสิกส์คาดว่าปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ จะพบได้ยากและตรวจจับได้ยาก

In the meantime,

ในระหว่างนั้น

scientists continue to develop new technologies

นักวิทยาศาสตร์ก็ยังคงพัฒนาเทคโนโลยี

and increase detector sensitivity,

และเพิ่มความไวของเครื่องตรวจจับ

closing in on where dark matter is hiding.

ไล่ตามไปให้ใกล้ถึงจุดที่ สสารมืดซ่อนอยู่มากขึ้น

And when they find it,

และเมื่อพวกมันถูกพบ

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

ในที่สุด เราก็จะสามารถนำปริศนาที่มืด ที่สุดของจักรวาลมาสู่แสงสว่าง