कण कोलाइडर डार्क मैटर को सुनता है

लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर लंबे समय से प्रोटॉन बीम में सूक्ष्म धूल प्रवेश करने के कारण होने वाली क्षणिक बीम हानि दर्ज करता रहा है। दो भौतिकविदों का प्रस्ताव है कि इनमें से थोड़ी घटनाएं आसपास की चट्टान से गुजरते एक्सियन क्वार्क नगेट से शुरू हो सकती हैं। ऐसा कोई डार्क मैटर नहीं मिला है, लेकिन रिंग के चारों ओर समय-सहसंबंध मॉडल की सीधी जांच दे सकते हैं।

मुख्य बातें

• LHC में UFO अचानक होने वाली बीम-हानि घटना है, जिसे आम तौर पर प्रोटॉन बीम में प्रवेश करने वाली माइक्रोमीटर आकार की धूल से जोड़ा जाता है; यह किसी परग्रही यान का अवलोकन नहीं है।
• Physical Review D में दो लेखकों का शोध-पत्र प्रस्ताव करता है कि लगभग 5 से 1,000 ग्राम वजनी प्रतिपदार्थ एक्सियन क्वार्क नगेट LHC से करीब 100 किलोमीटर के भीतर चट्टान से गुजरते समय ध्वनिक प्रघात तरंगें पैदा कर सकते हैं।
• मॉडल का अनुमान है कि लगभग 1% से 10% UFO घटनाएं इस प्रक्रिया से आ सकती हैं; यह अंश मान्यताओं पर आधारित है और अध्ययन LHC डेटा में किसी एक्सियन क्वार्क नगेट की पहचान नहीं करता।
• सबसे स्पष्ट संकेत रिंग पर बहुत दूर स्थित कई बिंदुओं में लगभग 6 मिलीसेकंड से 2 सेकंड के भीतर होने वाली सहसंबद्ध UFO घटनाएं होंगी, जिसे साधारण स्थानीय धूल घटनाओं से पैदा होने की संभावना कम है।
• गणना बताती है कि दो सेकंड में तीन सहसंबद्ध घटनाएं लगभग 360 घंटे की माप के बाद मानी गई पूरी द्रव्यमान सीमा में 5 से अधिक संकेत-से-शोर अनुपात दे सकती हैं; चट्टान में क्षीणन, धूल वितरण और सहसंबद्ध पृष्ठभूमि की वास्तविक डेटा से जांच अभी बाकी है।

लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर नई कणों की खोज में प्रोटॉनों को टकराने से अधिक काम कर सकता है। यह विशाल भूमिगत स्टेथोस्कोप की तरह चट्टान से गुजरते किसी बड़े आकार के डार्क मैटर प्रत्याशी द्वारा छोड़े गए कंपन को भी सुन सकता है। ब्रिटिश कोलंबिया विश्वविद्यालय के भौतिकविद Xunyu Liang और Ariel Zhitnitsky ने Physical Review D में प्रस्ताव किया है कि LHC की मौजूदा बीम-हानि निगरानी प्रणाली से एक्सियन क्वार्क नगेट, यानी AQN, द्वारा उत्पन्न बहु-बिंदु घटनाएं खोजी जा सकती हैं।

यह डेटा से जांचे जाने की प्रतीक्षा कर रहा मॉडल है, डार्क मैटर की खोज नहीं। शोध-पत्र की AQN मान्यताओं के अनुसार LHC की अज्ञात गिरती वस्तु, यानी UFO, घटनाओं में से लगभग 1% से 10% इस प्रक्रिया से जुड़ी हो सकती हैं। लेखकों ने किसी एक घटना को पुष्ट AQN संकेत नहीं बताया है। प्रस्ताव का महत्व यह है कि वह ऐसा समय और स्थान पैटर्न निर्धारित करता है जिसे खोजा, सीमित या खारिज किया जा सकता है।

कोलाइडर में UFO धूल का अलार्म है

2010 से LHC ने क्षणिक बीम हानि की एक श्रेणी दर्ज की है, जिसमें माइक्रोमीटर आकार की धूल बीम स्क्रीन की सतह से अलग होती है, आवेशित होती है, प्रोटॉन बीम की ओर खिंचती है और उच्च-ऊर्जा प्रोटॉनों के साथ अनम्य टक्कर करती है। सामान्य घटना केवल करीब 0.1 मिलीसेकंड से कुछ मिलीसेकंड तक चलती है, फिर भी वह बीम को निकालने का आदेश दे सकती है और अतिचालक चुंबक को सामान्य अवस्था में भी ला सकती है। CERN के संचालन और प्रयोगात्मक अध्ययनों ने धूल वाली व्याख्या के पर्याप्त प्रमाण इकट्ठे किए हैं। कम स्पष्ट यह है कि बीम स्क्रीन के नीचे चिपके अधिकतर कण शुरू में छूटते कैसे हैं।

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LHC की 27 किलोमीटर लंबी रिंग में लगभग 4,000 बीम-हानि मॉनिटर लगे हैं, जो कण बीम के रास्ते से हटने पर मशीन की रक्षा करते हैं। बीम में प्रवेश करने वाला एक धूल कण आम तौर पर स्थानीय मिलीसेकंड स्तर की चोटी छोड़ता है। लेकिन यदि कोई बाहरी यांत्रिक विक्षोभ पूरे परिसर में फैले, तो बहुत दूर स्थित मॉनिटर क्रम से घटनाएं दर्ज कर सकते हैं। नया प्रस्ताव स्थानिक और समयगत सहसंबंध के इसी मेल पर केंद्रित है।

बड़ा डार्क मैटर प्रत्याशी चट्टान के रास्ते धूल कैसे छुड़ा सकता है

AQN परमाणु-घनत्व वाले क्वार्क पदार्थ की एक काल्पनिक गांठ है जिसे एक्सियन क्षेत्र स्थिर रखता है; मॉडल में पदार्थ और प्रतिपदार्थ दोनों रूप साथ रह सकते हैं। यह पारंपरिक दुर्बल अंतःक्रियाशील भारी कणों या अलग-अलग एक्सियनों की खोज से अलग है। शोध-पत्र करीब 5 से 1,000 ग्राम द्रव्यमान वाले नगेट पर विचार करता है। उनका आयतन बहुत छोटा रहेगा, जबकि उनकी संख्या और पृथ्वी से गुजरने की दर अपेक्षाकृत कम होगी। यह प्रक्रिया प्रतिपदार्थ AQN पर केंद्रित है, क्योंकि पृथ्वी में प्रवेश करने के बाद वे सामान्य पदार्थ से विनाश कर ऊर्जा छोड़ सकते हैं।

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शोध-पत्र के ध्वनिक मॉडल में भूमिगत तेजी से चलता प्रतिपदार्थ AQN अपने पथ के साथ प्रघात तरंग बनाता है। यदि उसका रास्ता LHC से करीब 100 किलोमीटर के भीतर हो, तो सुरंग तक पहुंचने वाला दाब विक्षोभ कुछ धूल कणों और बीम स्क्रीन के बीच चिपकाव को पार कर उन्हें निर्वात पाइप में झटका दे सकता है। इसके बाद ही धूल प्रोटॉन बीम से टकराकर परिचित UFO बीम हानि पैदा करेगी। दूसरे शब्दों में, मॉडल में डार्क मैटर सीधे प्रोटॉन बीम से नहीं टकराता।

इस कारण-श्रृंखला में कई अनुमान हैं: AQN का द्रव्यमान और प्रवाह, चट्टान में विनाश ऊर्जा, ध्वनिक दाब और आवृत्ति, चट्टान से गुजरते समय क्षीणन, तथा बीम स्क्रीन पर धूल का आकार, स्थान और चिपकाव। शोध-पत्र मानता है कि ठोस पदार्थों में ध्वनि अवशोषण जटिल है और उसके कम-क्षीणन वाले अनुमान को प्रयोग से अंशांकित करना होगा। इसलिए धूल छूट सकने की गणना इस बात का प्रमाण नहीं कि मशीन ने यह प्रक्रिया पहले ही माप ली है।

दो सेकंड में पूरी रिंग पर फैली पहचान छाप

स्थानीय धूल स्रोत सामान्यतः केवल पास के हिस्सों को प्रभावित करते हैं। इसके विपरीत मॉडल में AQN से बनी ध्वनिक तरंग लगभग 8.5 किलोमीटर व्यास वाली LHC रिंग को पार कर सकती है। इसलिए लेखक UFO बर्स्ट खोजने की सलाह देते हैं: रिंग पर अलग-अलग स्थानों में लगभग 6 मिलीसेकंड से 2 सेकंड के भीतर कई घटनाएं, जिनके आगमन-समय का अंतर तरंग की दिशा और मॉनिटरों की दूरी से मेल खाए। यह दूर-दूरी का अल्पकालिक सहसंबंध अकेली बीम हानि की तुलना में संयोगवश पृष्ठभूमि को बेहतर ढंग से अलग कर सकता है।

अध्ययन प्रति घंटे अधिकतम 10 साधारण UFO घटनाओं की सावधानीपूर्ण पृष्ठभूमि और प्रतिदिन लगभग 12 घंटे LHC संचालन मानता है। उसकी गणना के अनुसार लगभग 360 घंटे के डेटा के बाद दो सहसंबद्ध घटनाएं केवल अधिक भारी AQN के लिए बहुत विशिष्ट होंगी। उसी दो-सेकंड अवधि में तीन सहसंबद्ध घटनाएं शोध-पत्र की पूरी द्रव्यमान सीमा में 5 से अधिक संकेत-से-शोर अनुपात दे सकती हैं। ये मॉडल की संवेदनशीलता के पूर्वानुमान हैं, पहले से प्राप्त प्रयोगात्मक महत्ता नहीं।

LHC के मौजूदा मॉनिटर नए बड़े डार्क मैटर डिटेक्टर के निर्माण के बिना यह जांच संभव बनाते हैं, लेकिन विश्वसनीय विश्लेषण में मशीन की स्थिति, धूल गतिविधि और अन्य कंपन पृष्ठभूमियों का हिसाब रखना होगा। लेखक बीम हानि को CERN के भूकंपीय नेटवर्क, वितरित ध्वनिक संवेदन और अवश्रव्य ध्वनि डेटा से मिलाने का भी प्रस्ताव करते हैं। अलग प्रणालियों में संगत आगमन समय किसी साझा तरंगमुख को स्थानीय यांत्रिक शोर से अलग करने में मदद कर सकता है।

पुराने मॉनिटर से नया प्रश्न पूछना

सबसे सीधा अगला कदम खोज की घोषणा नहीं, बल्कि स्पष्ट चयन मानदंडों से बीम-हानि रिकॉर्ड का फिर विश्लेषण करना है: दो सेकंड के भीतर अलग क्षेत्रों के UFO खोजें, जांचें कि क्या उनके स्थान एक फैलते तरंगमुख से मेल खाते हैं, और भूकंपीय व ध्वनिक पृष्ठभूमि देखें। यदि प्रत्याशियों का अनुमानित अनुपात नहीं मिलता, तो डेटा AQN के द्रव्यमान वितरण, प्रवाह या ध्वनिक युग्मन पर उलटे प्रतिबंध लगा सकता है।

यह प्रस्ताव आकर्षक है क्योंकि मशीन सुरक्षा के लिए बने सेंसर नेटवर्क को कण भौतिकी और ब्रह्मांड विज्ञान की सीमा पर बड़े आकार के डार्क मैटर मॉडल की जांच में लगाता है। फिर भी AQN काल्पनिक हैं और ध्वनिक प्रसार व धूल छूटने में बड़ी अनिश्चितताएं हैं। केवल ऐसा पारदर्शी विश्लेषण, जो ज्ञात संचालन पृष्ठभूमियां हटाए और स्वतंत्र पहचान प्रणालियों में संगत संकेत पाए, इस भूमिगत स्टेथोस्कोप से सुनी गई विसंगति को डार्क मैटर का प्रमाण बनाने की दिशा में पहला कदम हो सकता है।