डार्क मैटर के जाल में एक अजीब टक्कर

ब्रह्मांड के अधिकांश पदार्थ डार्क मैटर (अदृश्य पदार्थ) से बने हैं, फिर भी आज तक किसी ने इसका एक भी कण नहीं पकड़ा। दशकों तक सबसे पसंदीदा उम्मीदवार WIMP कहलाने वाले धीमे, भारी कण रहे। ज़मीन के बहुत नीचे दबे तरल ज़ेनॉन के विशाल टैंक इंतज़ार करते हैं कि इनमें से कोई कण किसी ज़ेनॉन नाभिक से टकराए और उसे पीछे धकेल दे।

एक घटना जो फिट नहीं बैठती

LUX-ZEPLIN प्रयोग (LZ) ने हाल ही में अपनी खोज को ज़्यादा ज़ोरदार टक्करों तक बढ़ाया। अपनी मुख्य ऊर्जा-खिड़की, 5.4 से 50 किलोइलेक्ट्रॉनवोल्ट, में उसे कुछ भी असामान्य नहीं दिखा। लेकिन इससे ऊपर, उसने 248 किलोइलेक्ट्रॉनवोल्ट पर एक अकेली घटना दर्ज की, एक ऐसे क्षेत्र में जहाँ लगभग कोई पृष्ठभूमि शोर अपेक्षित नहीं है। इसकी स्थानीय सांख्यिकीय महत्ता 3.4 सिग्मा है: दिलचस्प, पर खोज नहीं।

समस्या गतिकी की है। किसी ज़ेनॉन नाभिक से इतनी ज़ोर से टकराने के लिए कण के पास बड़ा संवेग होना चाहिए — लगभग 246 MeV/c। हमारी आकाशगंगा में धीरे-धीरे बहता डार्क मैटर ऐसा नहीं कर सकता, जब तक कि वह बहुत भारी न हो, यानी प्रोटॉन के द्रव्यमान के लगभग 74 गुना से ज़्यादा। लेकिन इस तरह के भारी मॉडल कम ऊर्जा पर मिली ख़ामोशी के कारण काफ़ी हद तक खारिज हो चुके हैं।

मरते ब्लैक होल से निकले तेज़, हल्के कण

ऐसी टक्कर देने का एक और तरीका है एक ऐसा कण जो हल्का लेकिन बेहद तेज़ हो। एक स्वाभाविक स्रोत: आदिम ब्लैक होल (primordial black holes), जिनके बारे में कुछ सिद्धांत कहते हैं कि वे ब्रह्मांड के बिल्कुल शुरुआती दौर में बने। जिनका द्रव्यमान किसी क्षुद्रग्रह जितना है — 10¹¹ से 10¹³ ग्राम — वे आज हॉकिंग विकिरण के ज़रिए भाप बनकर उड़ रहे होंगे, और अपने तापमान से हल्के हर तरह के कणों की बौछार कर रहे होंगे, संभवतः डार्क मैटर समेत।

भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान गुवाहाटी के जितुमणि कलिता ने गणना की कि ऐसा प्रवाह LZ के भीतर क्या करेगा। 248 keV की टक्कर पैदा करने के लिए आने वाले कण को लगभग 123 MeV ऊर्जा चाहिए।

यह क्यों काम नहीं कर सकता

हॉकिंग विकिरण ऊष्मीय (थर्मल) होता है: यह उच्च-ऊर्जा कणों की तुलना में कहीं ज़्यादा कम-ऊर्जा कण पैदा करता है। 20 से 50 MeV के कण 123 MeV वालों की तुलना में घातांकीय रूप से ज़्यादा आम हैं। इसलिए हर ज़ोरदार टक्कर के साथ हल्की टक्करों की बाढ़ आती — ठीक वहीं जहाँ LZ को कुछ नहीं दिखा।

ज़ेनॉन में अनुमानित प्रतिक्षेप स्पेक्ट्रम: दोनों मॉडल 248 keV (बिंदुदार रेखा) की तुलना में कम ऊर्जा (बाईं ओर) पर कहीं ज़्यादा घटनाएँ पैदा करते हैं। — चित्र 1, Kalita (2026), arXiv:2609.29462.

लेखक ने बच निकलने के दो मानक रास्ते आज़माए:

• ऐसी टक्करें जो स्थानांतरित संवेग के साथ और ज़ोरदार होती जाती हैं। सबसे चरम संस्करण भी 20–30 keV के आसपास घटनाओं का एक उभार छोड़ता है, जो 248 keV पर दर से लगभग 100 गुना ऊँचा है।
• ऐसे कण जो टकराने पर थोड़ी भारी अवस्था में बदल जाते हैं। यह तरकीब धीमे डार्क मैटर के लिए काम करती है। लेकिन इतने तेज़ कणों के लिए वह छोटी-सी ऊर्जा-लागत नगण्य है: कम ऊर्जा पर अधिकता सिग्नल से 1,000 गुना से भी ज़्यादा बनी रहती है।

उनका निष्कर्ष एक सख़्त “नो-गो” है: LZ की घटना भाप बनकर उड़ते आदिम ब्लैक होल से निकले डार्क मैटर से नहीं आ सकती।

एक नाकामी जो फिर भी सिखाती है

उलटकर देखें, तो यह तर्क एक माप बन जाता है। चूँकि LZ ने कम-ऊर्जा घटनाओं की कोई बाढ़ नहीं देखी, ऐसे ब्लैक होल आम नहीं हो सकते। लगभग 2 × 10¹¹ ग्राम के ब्लैक होल के लिए, वे सारे डार्क मैटर का अधिकतम लगभग दस लाखवाँ हिस्सा ही हो सकते हैं (90% विश्वास-स्तर)। 10¹³ ग्राम से ऊपर यह सीमा तेज़ी से ढीली पड़ जाती है, जहाँ ब्लैक होल इतने ठंडे हैं कि उनका कोई असर नहीं पड़ता।

आदिम ब्लैक होल से बने डार्क मैटर के हिस्से की ऊपरी सीमाएँ, उनके द्रव्यमान के अनुसार: छायांकित क्षेत्र खारिज है। — चित्र 2, Kalita (2026), arXiv:2609.29462.

लेखक के अनुसार, धीमे डार्क मैटर को पकड़ने के लिए बनाए गए डिटेक्टर इस तरह भाप बनकर उड़ते ब्लैक होल से निकलने वाले तेज़ कणों की भी जाँच कर सकते हैं।

जो सवाल खुले हैं

यह एक अकेले लेखक का सैद्धांतिक अध्ययन है, जो एक घटना के बारे में है। LZ की टक्कर का असली स्रोत अब भी अज्ञात है: शोधपत्र एक व्याख्या को खारिज करता है, कोई दूसरी प्रस्तावित नहीं करता।