ما هو أفضل مكان للبحث عن المادة المظلمة من أسفل المنجم؟ قضى فريق بحثي من جامعة فلوريدا تسع سنوات في مراقبة أي علامات للأشياء المراوغة باستخدام كاشفات الجرمانيوم والسيليكون المبردة إلى جزء من درجة أعلى من الصفر المطلق. والنتيجة؟ زوجان من المايبس وإصرار شجاع على مواصلة البحث.
يمكن تقدير حالة المادة المظلمة من خلال النظر في النظام الشمسي حيث ، للبقاء في مدار حول الشمس ، يجب أن يتحرك عطارد بسرعة 48 كيلومترًا في الثانية ، بينما يمكن أن يتحرك نبتون البعيد بسرعة 5 كيلومترات في الثانية على مهل. والمثير للدهشة أن هذا المبدأ لا ينطبق في درب التبانة أو في المجرات الأخرى التي لاحظناها. بشكل عام ، يمكنك العثور على أشياء في الأجزاء الخارجية للمجرة الحلزونية تتحرك بنفس سرعة الأشياء القريبة من مركز المجرة. هذا أمر محير ، خاصة أنه لا يبدو أن هناك ما يكفي من الجاذبية في النظام للاحتفاظ بالأشياء التي تدور في المدار السريع في الأجزاء الخارجية - والتي يجب أن تطير إلى الفضاء.
لذا ، نحتاج إلى المزيد من الجاذبية لشرح كيفية دوران المجرات والبقاء معًا - مما يعني أننا بحاجة إلى كتلة أكبر مما يمكننا مراقبته - ولهذا السبب نستدعي المادة المظلمة. يساعد استدعاء المادة المظلمة أيضًا على تفسير سبب بقاء عناقيد المجرات معًا وشرح تأثيرات العدسات الجاذبية على نطاق واسع ، مثل ما يمكن رؤيته في مجموعة الرصاصة (في الصورة أعلاه).
تشير النمذجة الحاسوبية إلى أن المجرات قد تحتوي على هالات من المادة المظلمة ، ولكن لديها أيضًا مادة مظلمة موزعة في جميع أنحاء هيكلها - ومعًا مجتمعة ، تمثل كل هذه المادة المظلمة ما يصل إلى 90 ٪ من إجمالي كتلة المجرة.
التفكير الحالي هو أن مكونًا صغيرًا من المادة المظلمة هو باريوني ، مما يعني أن الأشياء تتكون من البروتونات والنيوترونات - في شكل غاز بارد وكذلك أجسام كثيفة غير مشعة مثل الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية والأقزام البنية والكواكب اليتيمة (تُعرف تقليديًا باسم كائنات هالو المدمجة الفيزيائية الفلكية الضخمة - أو MACHOs).
ولكن لا يبدو أن هناك ما يكفي من المادة الباريونية المظلمة لمراعاة التأثيرات الظرفية للمادة المظلمة. ومن هنا الاستنتاج بأن معظم المادة المظلمة يجب أن تكون غير باريونية ، في شكل جزيئات ضخمة متفاعلة ضعيفة (أو WIMPs).
من خلال الاستدلال ، WIMPS شفافة وغير عاكسة في جميع الأطوال الموجية وربما لا تحمل شحنة. النيوترينوات ، التي يتم إنتاجها بوفرة من تفاعلات الاندماج بين النجوم ، تناسب الفاتورة بشكل جيد إلا أنها لا تملك كتلة كافية. المرشح الأكثر تفضيلًا لـ WIMP حاليًا هو محايدة ، وهو جسيم افتراضي تنبأت به نظرية التناظر الفائق.
تجري التجربة الثانية للبحث عن المادة المظلمة المبردة (أو CDMS II) عميقًا تحت الأرض في منجم حديد سودان في ولاية مينيسوتا ، وتقع هناك لذلك يجب أن تعترض فقط الجسيمات التي يمكنها اختراق ذلك عمق الأرض. تسعى الكواشف البلورية الصلبة CDMS II إلى أحداث التأين والفونون التي يمكن استخدامها للتمييز بين التفاعلات الإلكترونية - والتفاعلات النووية. من المفترض أن جسيم WIMP للمادة المظلمة سيتجاهل الإلكترونات ، ولكن من المحتمل أن يتفاعل مع (أي ترتد) نواة.
تم الإبلاغ عن حدثين محتملين من قبل فريق جامعة فلوريدا ، الذين يقرون بأن نتائجهم لا يمكن اعتبارها ذات دلالة إحصائية ، ولكن على الأقل قد تعطي بعض النطاق والتوجيه لمزيد من البحث.
من خلال الإشارة إلى مدى صعوبة الكشف المباشر عن WIMPs (أي مدى "الظلام") حقًا - تشير نتائج CDMS II إلى حساسية الكاشفات التي تحتاج إلى رفع درجة.
