قام الفيزيائيون الذين يبحثون عن اليد غير المرئية التي تشكل كوننا والمجرات داخله بتحويل نظرتهم إلى الجانب المظلم. على وجه التحديد ، ينظر فريق واحد وراء كل صخرة كونية لما يسمى بالفوتونات المظلمة ، والتي يمكن أن تنقل قوة طبيعية غير معروفة سابقًا.
سوف تتوسط هذه الفوتونات في التفاعل بين جميع المواد الطبيعية والأشياء غير المرئية المسماة المادة المظلمة.
لكن العلماء فهموا منذ فترة طويلة أن الطبيعة تمد وتشد وتمزق وتمزق بواسطة أربع قوى معروفة ، فكيف يمكن أن تخفي قوة أخرى عنا لفترة طويلة؟ تشكل هذه القوى الأربع المعروفة حجر الزاوية لوجودنا اليومي: القوة النووية القوية المستبدة ولكن قصيرة المدى ، التي تربط النوى الذرية معًا ؛ القوة النووية الضعيفة والهادئة للهمس التي تتحكم في الاضمحلال الإشعاعي وتتحدث إلى الجسيمات دون الذرية التي تسمى النيوترينوات ؛ القوة الكهرومغناطيسية الجريئة والمشرقة ، التي تهيمن على حياتنا ؛ وقوة الجاذبية الدقيقة ، وهي أضعف الرباعية بكثير.
وباستخدام هذه القوى الأساسية الأربع ، يستطيع الفيزيائيون رسم صورة لعوالمنا دون الذرية والمجهرية. لا يوجد تفاعل لا يتضمن أحد هذه الشخصيات الأربعة. ومع ذلك ، لا تزال الألغاز كثيرة فيما يتعلق بالتفاعلات في عالمنا ، خاصة على أكبر المقاييس. عندما نقوم بالتصغير إلى حجم المجرات وما بعدها ، يحدث شيء مريب ، ونعطي ذلك السمكة اسم المادة المظلمة.
هل المادة المظلمة بسيطة وغير مزخرفة ، أم أنها تخفي مجموعة من القوى غير المعروفة سابقًا في براثن؟ الآن ، استخدم فريق دولي من الفيزيائيين ، يصفون عملهم على الإنترنت في مجلة arXiv التي تم إعدادها مسبقًا ، ملف تفريغ البيانات من Large Hadron Collider - أكبر جهاز للتحطيم الذري في العالم - للبحث عن هذه القوة. في الوقت الحالي ، أصبح البحث فارغًا - وهو أمر جيد (نوعًا ما): يعني أن قوانين الفيزياء المعروفة لدينا لا تزال سارية. لكننا ما زلنا لا نستطيع تفسير المادة المظلمة.
فقد فى الظلام
المادة المظلمة هي شكل افتراضي من المادة يقال إنها تمثل حوالي 80 ٪ من الكتلة الكلية للكون. إنه نوع من صفقة كبيرة. لا نعرف حقًا ما هو المسؤول عن كل هذه الأشياء غير المرئية الإضافية ، لكننا نعرف أنها موجودة ، وأكبر دليل لدينا هو الجاذبية. من خلال فحص حركات النجوم داخل المجرات والمجرات داخل التكتلات ، جنبًا إلى جنب مع تطور أكبر الهياكل في الكون ، توصل الفلكيون تقريبًا إلى استنتاج مفاده أن هناك أكثر من تلبية العين المجرة.
قد يكون الاسم الأفضل للمادة المظلمة مادة غير مرئية. بينما يمكننا استنتاجها من تأثير الجاذبية (لأنه لا شيء يهرب من رؤية ألبرت أينشتاين الشديدة) ، فإن المادة المظلمة ببساطة لا تتفاعل مع الضوء. نحن نعرف ذلك لأنه إذا تفاعلت المادة المظلمة مع الضوء (أو على الأقل ، إذا تفاعلت مع الضوء بالطريقة التي تتفاعل بها المادة المألوفة) ، لكان قد رأينا المادة الغامضة الآن. ولكن بقدر ما يمكننا أن نقول ، فإن المادة المظلمة - مهما كانت هيك - لا تمتص الضوء أو تعكس الضوء أو تنكسر الضوء أو تشتت الضوء أو تنبعث منه. بالنسبة إلى المادة المظلمة ، فإن الضوء هو ببساطة شخصية غير مرغوب فيها ؛ قد لا توجد حتى.
وبالتالي هناك فرصة قوية بأن جحافل من جزيئات المادة المظلمة تتدفق عبر جسمك الآن. يمكن للكتلة المجمعة لهذا التيار اللامحدود أن تشكل مصائر المجرات من خلال تأثير الجاذبية ، لكنها تمر عبر المادة العادية دون حتى ترحيب. وقح ، أعلم ، لكن هذه مسألة مظلمة بالنسبة لك.
جلب الضوء
نظرًا لأننا لا نعرف ما هي المادة المظلمة ، فنحن أحرار في تكوين جميع أنواع السيناريوهات ، سواء كانت عادية أو خيالية. تقول أبسط صورة للمادة المظلمة أنها كبيرة وأساسية. نعم ، إنها تشكل الغالبية العظمى من كتلة الكون ، ولكنها تتكون من جزيء واحد غزير الإنتاج لا يفعل شيئًا سوى كتلة. وهذا يعني أن المادة يمكن أن تجعل نفسها معروفة من خلال الجاذبية ، وإلا فإنها لا تتفاعل أبدًا من خلال أي من القوى الأخرى. لن نلتقط أبدًا لمحة عن المادة المظلمة تفعل أي شيء آخر.
السيناريوهات الخيالية أكثر متعة.
عندما يشعر المنظرون بالملل ، يطهوون أفكارًا لما يمكن أن تكون عليه المادة المظلمة ، والأهم من ذلك ، كيف يمكننا اكتشافها. المستوى التالي في مستوى نظريات المادة المظلمة المثيرة للاهتمام يقول أن المادة يمكن أن تتحدث من حين لآخر مع المادة الطبيعية عبر القوة النووية الضعيفة. تحفز هذه الفكرة تجارب وكاشفات المادة المظلمة حول العالم اليوم.
ولكن مع ذلك ، يفترض هذا السيناريو أنه لا تزال هناك أربع قوى للطبيعة فقط. إذا كانت المادة المظلمة نوعًا غير مرئي من الجسيمات ، فمن المعقول تمامًا أن نقترح (لأنه ليس لدينا أي فكرة عما إذا كنا على حق أم لا) أنها تأتي معبأة بقوة طبيعية غير معروفة سابقًا - أو ربما زوجين ، من يدري ؟؟؟ قد تسمح هذه القوة المحتملة للمادة المظلمة بالتحدث فقط إلى المادة المظلمة ، أو قد تتشابك بين المادة المظلمة والطاقة المظلمة (التي لا نفهمها أيضًا) ، أو قد تفتح قناة اتصال جديدة بين القطاعات الطبيعية والمظلمة في عالمنا .
صعود الفوتون المظلم
إحدى بوابات الاتصال المقترحة بين العوالم المضيئة والمظلمة هي شيء يسمى الفوتون المظلم ، مماثل للفوتون (النور) المألوف للقوة الكهرومغناطيسية. لا يمكننا رؤية الفوتونات المظلمة أو تذوقها أو شمها مباشرة ، ولكن قد تتداخل مع عالمنا. في هذا السيناريو ، تنبعث المادة المظلمة من الفوتونات المظلمة ، وهي جسيمات ضخمة نسبيًا. هذا يعني أن لديهم تأثيرات على مدى قصير فقط ، على عكس نظرائهم الحاملين للضوء. لكن في بعض الأحيان ، يمكن أن يتفاعل الفوتون المظلم مع الفوتون المنتظم ، مما يغير طاقته ومساره.
سيكون هذا حدثًا نادرًا جدًا ؛ خلاف ذلك ، كنا قد لاحظنا شيئًا غير تقليدي يحدث مع الكهرومغناطيسية منذ فترة طويلة.
لذا ، حتى مع الفوتونات المظلمة ، لن نتمكن من رؤية المادة المظلمة مباشرة ، ولكن يمكننا التعرف على وجود الفوتونات المظلمة من خلال فحص جينات التفاعلات الكهرومغناطيسية. في جزء صغير من تلك الأعداء ، يمكن للفوتون المظلم "سرقة" الطاقة من الفوتون العادي من خلال التفاعل معه.
لكن كما قلت ، نحتاج إلى تفاعلات. يحدث ذلك أننا قمنا ببناء آلات العلوم العملاقة لإنتاج ذلك بالضبط ، لذلك نحن محظوظون.
في ورقة arXiv ، أعلن الفيزيائيون عن نتائجهم بعد فحص ثلاث سنوات من البيانات من Super Proton Synchrotron ، ثاني أكبر معجل للجسيمات في CERN. لهذه التجربة ، قام العلماء بتحطيم البروتونات مقابل المكافئ تحت الذري لجدار من الطوب ونظروا إلى جميع القطع في أعقاب ذلك.
في الحطام ، وجد الباحثون إلكترونات - الكثير منها. على مدار ثلاث سنوات ، أحصى العلماء أكثر من 20 مليار إلكترون بطاقة تزيد على 100 جيجا إلكترون فولت. لأن الإلكترونات هي جسيمات مشحونة وترغب في التفاعل مع بعضها البعض ، فإن الإلكترونات عالية الطاقة في هذه التجربة ولدت أيضًا الكثير من الفوتونات. إذا كانت الفوتونات المظلمة موجودة ، فعليها أحيانًا أن تتفاعل مع إحدى الفوتونات العادية وتسرقها ، وهي ظاهرة ستظهر في التجربة على أنها نقص في الضوء.
جاء هذا البحث عن الفوتونات المظلمة فارغًا - كانت جميع الفوتونات العادية موجودة ومحاسبة عليها - لكن هذا لا يستبعد تمامًا وجود الفوتونات المظلمة. بدلاً من ذلك ، تضع قيودًا على الخصائص المسموح بها لهذه الجسيمات. إذا كانت موجودة ، فإنها ستكون منخفضة الطاقة (أقل من GeV ، بناءً على نتائج التجربة) ونادرًا ما تتفاعل مع الفوتونات العادية.
ومع ذلك ، يستمر البحث عن الفوتونات المظلمة ، مع استمرار التجارب المستقبلية في المنزل بشكل أكبر على هذا المخلوق المقترح للعالم دون الذري.
اقرأ المزيد: "البحث عن المادة المظلمة في أحداث الطاقة المفقودة باستخدام NA64"
بول م. سوتر فيزيائي فلكي في جامعة ولاية أوهايومضيف "اسأل رائد فضاء" و "راديو الفضاء، "ومؤلف"مكانك في الكون."
