கரும்பொருள் பொறியில் ஒரு விசித்திர மோதல்

பிரபஞ்சத்தின் பொருளில் பெரும்பகுதி கரும்பொருள் (dark matter); ஆனாலும் இதுவரை யாரும் அதன் ஒரு துகளைக்கூடப் பிடித்ததில்லை. பல பத்தாண்டுகளாக, விருப்பமான வேட்பாளர்கள் WIMPs எனப்படும் மெதுவான, கனமான துகள்கள். நிலத்தடியில் ஆழமாகப் புதைக்கப்பட்ட திரவ செனானின் ராட்சதத் தொட்டிகள், அவற்றில் ஒன்று ஒரு செனான் உட்கருவை மோதி அதைப் பின்னோக்கித் தள்ளும் என்று காத்திருக்கின்றன.

பொருந்தாத ஒரு நிகழ்வு

LUX-ZEPLIN சோதனை (LZ) சமீபத்தில் தனது தேடலை வலிய மோதல்களுக்கு விரிவுபடுத்தியது. அதன் முதன்மை ஆற்றல் சாளரத்தில், 5.4 முதல் 50 கிலோ எலக்ட்ரான் வோல்ட் வரை, அது அசாதாரணமாக எதையும் காணவில்லை. ஆனால் மேலே, கிட்டத்தட்ட எந்தப் பின்னணி இரைச்சலும் எதிர்பார்க்கப்படாத பகுதியில், அது 248 கிலோ எலக்ட்ரான் வோல்ட்டில் ஒரே ஒரு நிகழ்வைப் பதிவு செய்தது. அதன் உள்ளூர் முக்கியத்துவம் 3.4 சிக்மா: ஆர்வமூட்டுவது, கண்டுபிடிப்பு அல்ல.

சிக்கல் இயக்கவியல் சார்ந்தது (kinematics). ஒரு செனான் உட்கருவை அவ்வளவு வலுவாக மோத, ஒரு துகள் பெரிய உந்தத்தைச் சுமக்க வேண்டும் — சுமார் 246 MeV/c. நம் விண்மீன் மண்டலத்தில் மெதுவாக நகரும் கரும்பொருள் மிகக் கனமாக — புரோட்டானின் நிறையைவிடச் சுமார் 74 மடங்குக்கு மேல் — இருந்தால் தவிர அதைச் செய்ய முடியாது. ஆனால் அத்தகைய கனமான மாதிரிகள் தாழ் ஆற்றலில் நிலவும் அமைதியால் ஏற்கெனவே பெருமளவு விலக்கப்பட்டுள்ளன.

இறக்கும் கருந்துளைகளிலிருந்து வேகமான, இலேசான துகள்கள்

அத்தகைய அடியைக் கொடுக்க இன்னொரு வழி இலேசான ஆனால் மிக வேகமான துகள். ஓர் இயல்பான மூலம்: ஆதிகாலக் கருந்துளைகள் (primordial black holes); சில கோட்பாடுகளின்படி அவை பிரபஞ்சத்தின் மிகத் தொடக்கத்தில் உருவாயின. ஒரு சிறுகோளின் (asteroid) நிறை கொண்டவை — 10¹¹ முதல் 10¹³ கிராம் — இன்று ஹாக்கிங் கதிர்வீச்சு மூலம் ஆவியாகிக்கொண்டிருக்கும்; தம் வெப்பநிலையைவிட இலேசான எல்லா வகைத் துகள்களையும், ஒருவேளை கரும்பொருள் உட்பட, தெளிக்கும்.

இந்தியத் தொழில்நுட்பக் கழகம் குவாஹாத்தியைச் சேர்ந்த Jitumani Kalita, அத்தகைய ஓட்டம் LZ-க்குள் என்ன செய்யும் என்று கணக்கிட்டார். 248 keV மோதலை உருவாக்க, உள்வரும் துகளுக்குச் சுமார் 123 MeV ஆற்றல் தேவை.

அது ஏன் வேலை செய்யாது

ஹாக்கிங் கதிர்வீச்சு வெப்பநிலைசார்ந்தது (thermal): அது உயர் ஆற்றல் துகள்களைவிடத் தாழ் ஆற்றல் துகள்களை மிக அதிகமாக உருவாக்குகிறது. 20 முதல் 50 MeV துகள்கள் 123 MeV துகள்களைவிட அடுக்குக்குறி அளவில் (exponentially) அதிகம். எனவே ஒவ்வொரு வலிய மோதலுக்கும், மென்மையான மோதல்களின் வெள்ளம் இருக்கும் — LZ எதையும் காணாத அதே இடத்தில்.

செனானில் கணிக்கப்பட்ட பின்னுதைப்பு நிறமாலைகள்: இரண்டு மாதிரிகளும் 248 keV-ஐ (புள்ளிக்கோடு) விடத் தாழ் ஆற்றலில் (இடது) மிக அதிக நிகழ்வுகளை உருவாக்குகின்றன. — படம் 1, Kalita (2026), arXiv:2609.29462.

ஆசிரியர் இரண்டு வழக்கமான தப்பிக்கும் வழிகளை முயன்றார்:

• மாற்றப்படும் உந்தத்துடன் வலுப்பெறும் மோதல்கள். மிகத் தீவிரமான பதிப்பும் 20–30 keV-ஐச் சுற்றி நிகழ்வுகளின் ஒரு மேடை விட்டுச் செல்கிறது — 248 keV வீதத்தைவிடச் சுமார் 100 மடங்கு அதிகம்.
• மோதும்போது சற்றுக் கனமான நிலைக்கு மாறும் துகள்கள். இந்த உத்தி மெதுவான கரும்பொருளுக்கு வேலை செய்கிறது. ஆனால் இவ்வளவு வேகமான துகள்களுக்கு, சிறிய ஆற்றல் விலை புறக்கணிக்கத்தக்கது: தாழ் ஆற்றல் மிகை சமிக்ஞையைவிட 1,000 மடங்குக்கு மேல் பெரியதாகவே உள்ளது.

அவரது முடிவு ஒரு கண்டிப்பான “no-go”: ஆவியாகும் ஆதிகாலக் கருந்துளைகள் உமிழும் கரும்பொருளிலிருந்து LZ நிகழ்வு வர முடியாது.

இன்னும் கற்றுத்தரும் ஒரு தோல்வி

தலைகீழாக்கினால், வாதம் ஓர் அளவீடாகிறது. தாழ் ஆற்றல் நிகழ்வுகளின் வெள்ளம் எதையும் LZ காணாததால், அத்தகைய கருந்துளைகள் பொதுவானவையாக இருக்க முடியாது. சுமார் 2 × 10¹¹ கிராம் கருந்துளைகளுக்கு, அவை எல்லாக் கரும்பொருளிலும் அதிகபட்சம் சுமார் பத்து லட்சத்தில் ஒரு பங்கு மட்டுமே இருக்க முடியும் (90% நம்பகம்). 10¹³ கிராமுக்கு மேல் இந்த வரம்பு விரைவில் தளர்கிறது; அங்கு கருந்துளைகள் பொருட்படுத்தத்தக்க அளவுக்கு மிகக் குளிர்ந்தவை.

ஆதிகாலக் கருந்துளைகளால் ஆன கரும்பொருள் பங்கின் மேல் வரம்புகள், அவற்றின் நிறையைப் பொறுத்து: நிழலிட்ட பகுதி விலக்கப்பட்டது. — படம் 2, Kalita (2026), arXiv:2609.29462.

ஆசிரியரின் கூற்றுப்படி, மெதுவான கரும்பொருளைப் பிடிக்கக் கட்டப்பட்ட கண்டறிவிகள் இவ்வாறு ஆவியாகும் கருந்துளைகள் உமிழும் வேகமான துகள்களையும் ஆராய முடியும்.

திறந்தே இருப்பது

இது ஒரு நிகழ்வு பற்றிய, ஒரே ஆசிரியரின் கோட்பாட்டு ஆய்வு. LZ மோதலின் உண்மையான தோற்றம் இன்னும் தெரியவில்லை: கட்டுரை ஒரு விளக்கத்தை விலக்குகிறது, வேறொன்றை முன்மொழியவில்லை.