۶ تا از جالب‌ترین آزمایشگاه‌های زیرزمینی دنیا!

مطالعهٔ جهان و ساخت آن معمولاً در عکس‌هایی به تصویر کشیده می‌شود که در آن منجمان در تلسکوپ‌ها به کهکشان‌ها، سحابی‌ها و ستاره‌هایی که در پهنای آسمان شب پراکنده‌اند، نگاه می‌کنند. اما برای فهم قسمت‌های مهم اما کمتر پیدای جهان مانند نوترینو و ماده تاریک، دانشمندان باید روش دیگری را در پیش بگیرند. آن‌ها باید به زیرزمین بروند! در این مطلب با ۶ آزمایشگاه زیرزمینی جالب آشنا می‌شوید.

رفتن به یک آزمایشگاه زیرزمینی به دانشمندان حفاظی در برابر پارازیت‌هایی می‌دهد که توسط ذرات وارد شونده به زمین ساخته می‌شوند، ذراتی مانند اشعه‌های کیهانی و دیگر تابش‌های موجود در جهان. البته رفتن به زیرزمین سخت است پس دانشمندان باید خلاق باشند. گاهی محققان در معادنی کار می‌کنند که تغییر کاربری داده‌اند اما بقیه مجبورند، خود، تونل‌های بزرگی حفر کنند تا شتاب دهنده‌های ذرات را به کار بیاندازند یا روی دفع سوخت هسته‌ای مطالعه کنند.

آزمایشگاه‌های زیرزمینی در دو قاره پراکنده‌اند و به دنبال جواب سوال‌هایی مانند چگونگی شکل‌گیری جهان، تبدیل ذرات به یکدیگر و هویت واقعی مادهٔ تاریک هستند.

6- اسنولب

تقسیم فضا با معدنچی‌ها! اسنولب (SNOLAB) که مخفف Sudbury Neutrino Observatory به معنای رصدخانهٔ نوترینوی سودبری است، در ۲ کیلومتری سطح زمین در معدن ویل کریتون (Vale Creighton Mine) در سودبری کانادا قرار دارد. در حالی‌که معدنچی‌ها روی تولید نیکل کار می‌کنند، محققان در اسنولب بر اختر فیزیک ذره‌ای تمرکز دارند.

در میان پروژه‌های این آزمایشگاه زیرزمینی، بسیاری از آن‌ها به ماده تاریک می‌پردازند، ماده‌ای رمزآلود که تصور می‌شود بیشتر جهان ما را تشکیل می‌دهد (بر خلاف ماده‌ای که زمین، انسان و هر چیز قابل دیدنی در دنیا را می‌سازد). برای مثال آزمایش پیکاسو (PICASSO experiment) در اسنولب با استفاده از قطرات فریون در یک ژل به دنبال ذرات تئوریزه ماده تاریک است (ذره‌ای که WIMP خوانده می‌شود، مخفف weakly interacting mass particle به معنای ذره‌ای که واکنش ضعیفی دارد). آزمایش آیندهٔ این آزمایشگاه به نام آزمایش برودتی مادهٔ تاریک (Cryogenic Dark Matter Experiment) به دنبال شکار WIMP در آشکارکننده‌های حالت جامد ساخته‌شده از ژرمانیوم است، ماده‌ای که نوعی از فلز کربن است.

5- برخورددهندهٔ بزرگ هادرون

برخورددهندهٔ بزرگ‌ هادرون (Large Hadron Collider)، آزمایشگاه زیرزمینی که توسط سازمان اروپایی تحقیقات هسته‌ای یا همان مرکز سرن (CERN) معروف ساخته‌شده و به عنوان بزرگ‌ترین و قوی‌ترین شتاب‌دهندهٔ ذره در جهان شناخته می‌شود. برخورددهندهٔ بزرگ ‌هادرون (LHC) معروف‌ترین مورد از سری برخورددهنده‌های قرار گرفته در ۱۷۵ متری عمق زمین در منطقه‌ای نزدیک ژنو سوئیس است. LHC یک حلقه مغناطیسی ۲۷ کیلومتری دارد که در آن دو پرتو از ذرات می‌توانند با سرعتی نزدیک به نور به یکدیگر برخورد کنند. برخوردها در نزدیکی ۴ آشکار کنندهٔ ذره در اطراف حلقه اتفاق می‌افتند. با آزمایش برخوردها، محققان امیدوارند که بیشتر درباره شکل‌گیری جهان و یا ابعاد دیده نشدهٔ فضا اطلاعات کسب کنند.

شتاب‌دهندهٔ ذرات در تونلی قرار دارد که ابتدا برای یک برخورددهندهٔ دیگر به نام برخورددهندهٔ الکترون پوزیترون ساخته‌شده بود. سنگی که در اطراف LHC قرار دارد یک سپر طبیعی و کاهش‌دهندهٔ مقدار تشعشعات طبیعی است که به LHC می‌رسد تا تداخل آن‌ها در کار آشکارکننده‌ها را کم کند. برعکس این اتفاق هم می‌افتد، زمانی که LHC در حال کار است، تشعشعات تولید شدهٔ توسط آن با وجود ۵۰ تا ۱۰۰ متر سنگ در اطراف سپر محافظی در مقابل خود می‌بینند.

4- آزمایشگاه زیرزمینی سودان

آزمایشگاه زیرزمینی سودان (Soudan Underground Laboratory)، یک معدن قدیمی‌آهن در مینسوتا آشکارکننده‌های بسیاری برای مطالعه ذرات بنیادی سازنده جهان دارد. آزمایش‌ها حدود ۸۰۰ متر زیرزمین انجام می‌گیرند و به دنبال فهم طبیعت ماده تاریک و تعاملات بین نوترینوها (ذرات زیر اتمی‌خنثی) بین دیگر چیزها هستند.

در سال ۲۰۱۱، آزمایش نوترینوی مینوز (MINOS) در آزمایشگاه شواهد وجود ذره‌ای کمیاب، یک نوترینو را پیدا کرد که به نوعی دیگر تبدیل می‌شد. نوترینوها بار الکتریکی و تقریباً وزنی هم ندارند و سه نوع هستند: الکترون، موئون و تائو. این آزمایشگاه یکی از دو آزمایشگاهی بود که برای اولین بار در جهان تبدیل نوترینوهای موئون به نوترینوهای الکترون را ثبت کرد.

3- آزمایشگاه ملی گرن ساسو

با میانگین پوشیده شدن توسط ۴۰۰ متر سنگ، آزمایشگاه ملی گرن ساسو (Gran Sasso National Laboratory) به جست‌وجوی نوترینوها، تشعشعات کیهانی و دیگر ذرات جاری در فضا اختصاص داده شده‌است. مکان آن زیر یک تونل آزاد راه بین آکیلا و ترامو در ایتالیا و در ۷۵ کیلومتری رم است.

گرن ساسو احتمالاً بیشتر به خاطر آزمایش اشتباهی مشهور است که در آن به نظر می‌آمد ذرات با سرعت بیشتر از سرعت نور حرکت کردند. در سال ۲۰۱۱، آزمایشی سرعت حرکت نوترینوها بین دو آزمایشگاه به فاصله ۷۳۰ کیلومتر را اندازه‌گیری کرد و تشخیص داد که سرعت آن‌ها ۶۰ نانوثانیه بیشتر از سرعت نور است. آزمایش‌های بیشتر مشخص کرد که در زمان‌سنج سیستم فیبر نوری اشکالی وجود داشته است.

2- آشکارکنندهٔ بزرگ زیرزمینی زنون

آشکارکنندهٔ بزرگ زیرزمینی زنون (Large Underground Xenon Detector)، یک مایل پایین‌تر از به لک هیلز در داکوتای جنوبی مدفون شده‌است و آزمایش ماده تاریک آن به دنبال ذراتی است که می‌توانند انبساط جهان را توضیح دهد. قلب آزمایش یک آشکارکننده مایع زنون ۳۷۰ کیلومتری است که آماده آشکار ذرات است.

اولین نتایج سه ماه کار آشکارکننده در اکتبر ۲۰۱۳ منتشر شد و به گفته محققان در آن زمان، هیچ نشانی از ماده تاریک در نتایج نداشت، اما آن‌ها گفتند که آزمایش برای اجرا برای چند سال دیگر نیز برنامه‌ریزی شده‌است. محققان امیدوار بودند وقتی که WIMP به یک اتم زنون برخورد می‌کند، شعاعی از نور و الکترون ببینند، چیزی که فوتون‌هایی برای دید آشکارکننده تولید می‌کند.

1- آزمایشگاه تحقیقات زیرزمینی

سوخت هسته‌ای، مشهور به خطرناک بودن است و پس از اینکه دیگر برای کاربردهایی مثل تکنولوژی‌های پزشکی احتیاج نیست، به راهی مطمئن برای دفع نیاز دارد. بر اساس اطلاعات دانشگاه تورنتو، سازمان انرژی اتمی‌کانادا (Atomic Energy of Canada Ltd) یا AECL هم به همین صورت یک آزمایشگاه تحقیقات زیرزمینی (Underground Research Laboratory) در مانیتوبا برای آزمایش راه‌های ذخیره سوخت در توده‌های سنگ با نفوذپذیری کم دارد.

این امکانات در عمق ۴۴۰ متری زمین قرار دارد و AECL در آن به این موضوعات علاقه‌مند است که سنگ‌ها چقدر می‌توانند بعد از حفاری تغییر شکل دهند و تولیدات اتمی چطور به آب‌های زیرزمینی منتقل می‌شوند. در آزمایشی یک تونل به طول ۴۶ و قطر ۳٫۵ متر حفاری شد تا مشخص شود سنگ اطراف آن چگونه تغییر شکل می‌دهد. آزمایش دیگری هم به دنبال فهم درست عملکرد حفاظتی تونل است.