بيكو

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

بيكو هو تجربة تبحث عن أدلة مباشرة على وجود المادة المظلمة باستخدام حجرة فقاعات من الكلوروفلوروكربون ( الفريون ) ككتلة فعالة. يقع في مختبر سنولاب في كندا.

تم تشكيلها في عام 2013 من خلال دمج تجربتين مماثلتين، وهما PICASSO و COUPP . [ 1 ] [ 2 ]

كان مشروع بيكاسو (PICASSO) ( مشروع البحث عن الأجسام فائقة التناظر في كندا ، أو Projet d' I dentification de CA ndidats Supersymétriques SO mbres بالفرنسية ) تعاونًا دوليًا ضم أعضاءً من جامعة مونتريال ، وجامعة كوينز ، وجامعة إنديانا ساوث بيند ، والجامعة التقنية التشيكية في براغ ، وجامعة ألبرتا ، وجامعة لورنتيان ، ومعهد بي تي آي في تشوك ريفر، أونتاريو. وقد ركز مشروع بيكاسو بشكل أساسي على التفاعلات المعتمدة على اللف المغزلي للجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs) مع ذرات الفلور .

كان مشروع COUPP ( مرصد شيكاغولاند لفيزياء الجسيمات تحت الأرض ) مشروعًا مشابهًا ضم أعضاءً من مختبر فيرمي وجامعة شيكاغو وجامعة إنديانا . تم اختبار النماذج الأولية في قاعة تجارب MINOS البعيدة ، مع تشغيل تجربة موسعة أيضًا في مختبر SNOLAB. وقد استخدمت هذه التجربة ثلاثي فلورو يوديد الميثان (CF3I ) كوسيط.

مبدأ

كاشف الفقاعات هو جهاز حساس للإشعاع يستخدم قطرات صغيرة من سائل شديد التسخين معلقة في مادة هلامية. [ 3 ] يعتمد هذا الكاشف على مبدأ حجرة الفقاعات ، ولكن نظرًا لأن القطرات الصغيرة فقط هي التي تخضع لتحول طوري في كل مرة، فإنه يظل فعالًا لفترات أطول بكثير من حجرة الفقاعات التقليدية. عندما تُودع طاقة كافية في قطرة ما بواسطة الإشعاع المؤين، تخضع القطرة شديدة التسخين لتحول طوري وتتحول إلى فقاعة غازية. تحتوي كواشف PICASSO على قطرات من الفريون بقطر متوسط ​​يبلغيبلغ قطر الفقاعة 200  ميكرومتر . يترافق تكوّن الفقاعات داخل الكاشف مع موجة صدمية صوتية تلتقطها مستشعرات كهرضغطية . وتتمثل الميزة الرئيسية لتقنية كاشف الفقاعات في أن الكاشف يكاد يكون غير حساس للإشعاع الخلفي . ويمكن ضبط حساسية الكاشف بتغيير درجة حرارة القطرات. وتعمل الكواشف المحملة بالفريون عادةً عند درجات حرارة تتراوح بين 15 و55 درجة مئوية (60-130 درجة فهرنهايت) .  

لقد تم إثبات صحة مفهوم كاشف الفقاعات في العديد من المنشورات. [ 4 ] وهناك تجربة أخرى مماثلة تستخدم هذه التقنية في أوروبا تسمى SIMPLE .

بيكاسو

أُجريت تجربة بيكاسو في مختبر سنولاب. وشملت جولتين علميتين: الأولى باستخدام عنصرين كاشفين (نُشرت نتائجهما عام ٢٠٠٩)، والثانية باستخدام ١٠ عناصر كاشفة (نُشرت نتائجها عام ٢٠١٢). أما التكوين النهائي للكاشف فكان يحتوي على ٣٢ عنصرًا كاشفًا (لم تُنشر نتائجه). ولم ترصد التجربة أي إشارة للمادة المظلمة.

كوب

قام فريق التعاون COUPP بتشغيل غرفة فقاعات في مختبر فيرميلاب 2011-2012. تم إطلاق الجسيمات من حزمة مسرع الجسيمات على الغرفة لتقييم تقنية الكشف عن المادة المظلمة.

أجرى فريق COUPP تجربةً في غرفة فقاعات باستخدام 3.5  كجم من CF3I في منطقة MINOS تحت الأرض في مختبر فيرميلاب. ونُشرت النتائج في يناير 2011. كما أجرى الفريق نفسه تجربةً مماثلةً في غرفة الفقاعات باستخدام 4  كجم من CF3I في مختبر SNOLAB من سبتمبر 2010 إلى أغسطس 2011. ونُشرت نتائج SNOLAB (المعروفة أيضًا باسم COUPP-4  kg) في عام 2012. ولم يتم رصد أي مادة مظلمة.

نتائج بيكاسو وكوب

نشر مشروع بيكاسو نتائج (نوفمبر 2009) لتفاعلات الجسيمات المتفاعلة ضعيفة الكتلة (WIMP) المعتمدة على اللف المغزلي على نظير الفلور -19 . لم يتم العثور على أي إشارة للمادة المظلمة، ولكن بالنسبة لكتل ​​الجسيمات المتفاعلة ضعيفة الكتلة (WIMP) التي تبلغتم الحصول على حدود صارمة جديدة بقيمة 24 جيجا إلكترون فولت/ ثانية  على المقطع العرضي المعتمد على اللف المغزلي لتشتت الجسيمات المتفاعلة ضعيفة الكتلة على 19F13.9 بيكوبارن  (90% فاصل ثقة ). تم تحويل هذه النتيجة إلى حد المقطع العرضي لتفاعلات جسيمات WIMP على بروتونات0.16  بيكوبارن (90% فاصل ثقة). تقيّد الحدود التي تم الحصول عليها التفسيرات الحديثة لتأثير التعديل السنوي لـ DAMA/LIBRA من حيث التفاعلات المعتمدة على اللف المغزلي. [ 5 ]

نُشرت نتائج جديدة في مايو 2012، باستخدام 10 أجهزة كشف مع التعرض الكلي14  كجم·يوم ، لتقييد تفاعل جسيمات WIMP منخفضة الكتلة على ذرة الفلور -19 . [ 6 ] تم الحصول على أفضل الحدود المعتمدة على اللف المغزلي لكتلة جسيم WIMP تبلغ 20 جيجا إلكترون فولت/ثانية² : 0.032 بيكوبارن (90% مستوى ثقة) للمقطع العرضي للبروتون. أما بالنسبة للمقطع العرضي لمنطقة الكتلة المنخفضة القريبة من 7 جيجا إلكترون فولت غير المعتمدة على اللف المغزلي:1.41 × 10 −4  بيكوبارن الحد الأعلى (90% فاصل ثقة)

بيكو

بدأ مشروع PICO باندماج مجموعتي PICASSO وCOUPP عام 2013. يقع مشروع PICO في مختبر SNOLAB بكندا، داخل منجم على عمق كيلومترين. وحتى عام 2018، كان فريق PICO يُشغّل تجربتين في SNOLAB: غرفة فقاعات تُسمى PICO-2L وغرفة تُسمى PICO-60 (كانت تُسمى سابقًا COUPP -  60)، حيث يشير الرقمان 2 و60 إلى حجم المادة المستهدفة (باللتر) في كل غرفة. وكانت المادة المستهدفة المستخدمة هي C3F8 . ويجري التخطيط حاليًا لإصدار نسخة أكبر من التجربة ، بحجم مستهدف يتراوح بين 250 و500 لتر (تُسمى PICO-250 أو PICO-500 على التوالي). [ 7 ]

بيكو-2 إل: كانت بيكو-2 إل أول غرفة فقاعات تبدأ تشغيلها في أكتوبر 2013. أُجريت تجاربها العلمية في الفترة من أكتوبر 2013 إلى مايو 2014 (التجربة العلمية الأولى) ومن فبراير 2015 إلى نوفمبر 2015 (التجربة العلمية الثانية). تم إيقاف تشغيل بيكو-2 إل نهائيًا في عام 2016.

بيكو-60: جاء جهاز بيكو-60 بعد جهاز بيكو-2L. بدأ جمع البيانات في عام 2013، واستمرت هذه الجولة العلمية الأولى حتى مايو 2014. في هذه الجولة، مُلئ الكاشف بغاز CF3I ، ولم يُستخدم منه سوى نصف سعته تقريبًا من حيث الحجم النشط (25 لترًا). بعد هذه الجولة الأولية، أُعيد تأهيل الكاشف، واستُبدلت المادة المستهدفة بغاز C3F8 ، وزاد الحجم النشط إلى سعته الكاملة (53 لترًا). اكتملت أعمال التأهيل ، وبدأت الجولة العلمية الثانية في صيف 2016. انتهت الجولة العلمية الثانية في صيف 2017، وبعدها أُخرج جهاز بيكو-60 من الخدمة.

PICO-40L: تُستخدم محطة التجارب PICO-60 لغرفة فقاعات جديدة تُسمى PICO-40L. تُعدّ PICO-40L نوعًا جديدًا من غرف الفقاعات، حيث يُلغي تصميمها التقني الحاجة إلى سائل عازل يُعدّ مصدرًا للتشويش في القياس. بدأ بناء PICO-40L في مختبر SNOLAB عام 2019 واكتمل عام 2020. ويجري حاليًا تشغيل أنظمة جديدة للكاشف. [ 8 ]

PICO-500L: يُعدّ PICO-500 الجيل التالي من أجهزة الكشف، وهو مبنيّ على المبدأ الذي أثبتته أجهزة PICO-2L وPICO-60 وPICO-40L. سيحتوي هذا الجهاز المُكبّر على حجم فعّال يبلغ حوالي 250 لترًا، وسيستخدم وعاءً من الكوارتز الاصطناعي، تمامًا كما في أجهزة PICO-2L وPICO-60 وPICO-40L السابقة. يعمل فريق PICO حاليًا على التصميم النهائي لجهاز PICO-500، مع التركيز على الوعاء الداخلي ووعاء الضغط. تخطط PICO لتشغيل PICO-500 باستخدام C3F8 لتحقيق حساسية رائدة عالميًا في رصد اقتران المادة المظلمة بالمادة العادية من خلال دورانها. وقد حصل المشروع على تمويل كامل من مؤسسة الابتكار الكندية (CFI) والمقاطعات الكندية. وافق مختبر SNOLAB على التصميم المفاهيمي للتجربة، وخصص مساحة لجهاز PICO-500 في قاعة المكعبات بالمختبر ضمن المنشأة تحت الأرض . [ 9 ]

يضم تعاون PICO أيضًا عددًا من غرف الفقاعات المستخدمة لأغراض المعايرة (وليس للكشف عن المادة المظلمة)، مثل غرف CIRTE (كفاءة ارتداد اليود COUPP) و PICO-0.1.

مراجع

  1. ↑ "PICO" . SNOLAB. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2015-12-08 . تم الاسترجاع بتاريخ 2015-12-01 .
  2. ↑ "PICO/PICASSO" . معهد فيزياء الجسيمات. مؤرشف من الأصل بتاريخ 8 ديسمبر 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 ديسمبر 2015. اندمج تعاونا PICASSO وCOUPP في عام 2013 لتشكيل تعاون PICO.
  3. ↑ "كاشف الفقاعات" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 20 مارس 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 ديسمبر 2008 .
  4. ↑ "إلهام" .
  5. ↑ إس. أرتشامبو وآخرون (مجموعة بيكاسو) (2009). "حدود تفاعلات جسيمات المادة المظلمة المعتمدة على اللف المغزلي على نظير الفلور -19 بواسطة بيكاسو". رسائل الفيزياء ب . 682 (2): 185-192 . arXiv : 0907.0307 . Bibcode : 2009PhLB..682..185A . doi : 10.1016/j.physletb.2009.11.019 . S2CID 15163629 .  
  6. ↑ تعاون بيكاسو (3 مايو 2012). "قيود على تفاعلات الجسيمات المتفاعلة ضعيفة الكتلة على الفلور -19 من بيكاسو". رسائل الفيزياء ب . 711 (2): 153-161 . arXiv : 1202.1240 . Bibcode : 2012PhLB..711..153A . doi : 10.1016/j.physletb.2012.03.078 . S2CID 4285716 . 
  7. ↑ "تجربة البحث عن المادة المظلمة PICO" .
  8. ↑ "PICO-40L – تجربة PICO" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-02-2022 .
  9. ↑ "PICO-500 – تجربة PICO" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-02-2022 .

للمزيد من القراءة

  • ف. زاتشيك (2007). "المادة المظلمة". الصفحات 170-206 . arXiv : 0707.0472 . doi : 10.1142/9789812776105_0007 . ISBN  978-981-277-609-9. S2CID 16734425 . {{cite book}}|journal=تم تجاهله ( مساعدة ) ؛ مفقود أو فارغ ( مساعدة )|title=