حوالي 80 ٪ من جميع المواد في الكون غير معروفة تمامًا للفيزياء الحالية. نسميها المادة المظلمة ، لأننا نستطيع أن نعرف أنها ... مظلمة. تحاول التجارب في جميع أنحاء العالم التقاط جسيمات المادة المظلمة الضالة على أمل فهمها ، ولكن حتى الآن أصبحت فارغة.
في الآونة الأخيرة ، اقترح فريق من المنظرين طريقة جديدة للبحث عن المادة المظلمة باستخدام "جزيئات" غريبة تسمى المغنطيسات ، وهو اسم لم أختلقه فقط. ويقول هؤلاء المنظرون إن هذه التموجات الصغيرة يمكن أن تجذب حتى جزيئات المادة المظلمة العابرة وخفيفة الوزن من الاختباء.
لغز المادة المظلمة
نحن نعرف كل أنواع الأشياء حول المادة المظلمة ، باستثناء ما هو ملحوظ.
على الرغم من أننا لا نستطيع اكتشافها مباشرة ، إلا أننا نرى أدلة على المادة المظلمة بمجرد أن نفتح تلسكوباتنا إلى الكون الأوسع. جاء الوحي الأول ، الذي يعود إلى الثلاثينيات من القرن الماضي ، من خلال رصد تجمعات المجرات ، وهي بعض أكبر الهياكل في الكون. المجرات التي سكنتها كانت تتحرك بسرعة كبيرة جدًا بحيث لا يمكن تجميعها معًا كمجموعة. ذلك لأن الكتلة الجماعية للمجرات تعطي الغراء الثقالي الذي يحافظ على الكتلة معًا - كلما زادت الكتلة ، زادت قوة الغراء. يمكن للغراء فائق القوة أن يتماسك حتى مع أسرع المجرات المتحركة. أي أسرع والكتلة ببساطة تمزق نفسها.
ولكن كانت هناك تجمعات موجودة ، حيث تدور المجرات بداخلها بشكل أسرع بكثير مما يجب أن تعطيه كتلة الكتلة. كان لشيء ما ما يكفي من قبضة الجاذبية لإبقاء التكتلات معًا ، ولكن هذا الشيء لم يكن ينبعث أو يتفاعل مع الضوء.
استمر هذا الغموض دون حل خلال العقود ، وفي السبعينيات قامت عالمة الفلك فيرا روبين بزيادة الرهان بشكل كبير من خلال رصد النجوم داخل المجرات. مرة أخرى ، كانت الأمور تتحرك بسرعة كبيرة: نظرًا لكتلتها المرصودة ، كان ينبغي للمجرات في الكون أن تنفصل عن بعضها قبل مليارات السنين. شيء ما كان يجمعهم. شيء غير مرئي.
تتكرر القصة في جميع أنحاء الكون ، في الزمان والمكان. من أقرب ضوء من الانفجار الكبير إلى أكبر الهياكل في الكون ، هناك شيء غير تقليدي موجود.
البحث في الظلام
لذا فإن المادة المظلمة موجودة إلى حد كبير - لا يمكننا العثور على أي فرضية أخرى قابلة للتطبيق لتفسير تسونامي البيانات دعماً لوجودها. ولكن ما هو؟ أفضل تخمين لدينا هو أن المادة المظلمة هي نوع من الجسيمات الغريبة الجديدة ، غير المعروفة حتى الآن للفيزياء. في هذه الصورة ، تغمر المادة المظلمة كل مجرة. في الواقع ، الجزء المرئي من المجرة ، كما يُرى من خلال النجوم وسحب الغاز والغبار ، هو مجرد منارة صغيرة تقع على شاطئ أكبر بكثير وأكثر قتامة. كل مجرة تقع داخل "هالة" كبيرة تتكون من زيليونات على زيليون من جزيئات المادة المظلمة.
تتدفق جزيئات المادة المظلمة عبر غرفتك الآن. إنهم يتدفقون من خلالكم. دش مطري لا ينتهي أبدًا ، جزيئات المادة المظلمة الصغيرة غير المرئية. لكنك ببساطة لا تلاحظها. لا تتفاعل مع الضوء أو مع الجسيمات المشحونة. أنت مصنوعة من جزيئات مشحونة وأنت لطيف للغاية مع الضوء ؛ أنت غير مرئي للمادة المظلمة والمادة المظلمة غير مرئية لك. الطريقة الوحيدة "لرؤية" المادة المظلمة هي من خلال قوة الجاذبية. تلاحظ الجاذبية كل شكل من أشكال المادة والطاقة في الكون ، مظلمة أم لا ، لذلك عند أكبر المقاييس ، نلاحظ تأثير الكتلة المجمعة لجميع هذه الجسيمات التي لا تعد ولا تحصى. ولكن هنا في غرفتك؟ لا شيئ.
ما لم نأمل ، هناك طريقة أخرى تتفاعل بها المادة المظلمة معنا. من الممكن أن يكون جسيم المادة المظلمة ، مهما كان الأمر ، يشعر أيضًا بالقوة النووية الضعيفة - المسؤولة عن التحلل الإشعاعي - تفتح نافذة جديدة في هذا المجال الخفي. تخيل بناء كاشف عملاق ، مجرد كتلة كبيرة من أي عنصر لديك. تتدفق جزيئات المادة المظلمة من خلالها ، كلها تقريبًا غير ضارة تمامًا. ولكن في بعض الأحيان ، مع ندرة اعتمادًا على نموذج معين من المادة المظلمة ، يتفاعل الجسيم العابر مع إحدى النوى الذرية للعناصر في الكاشف عن طريق القوة النووية الضعيفة ، ويطردها من مكانها ويجعل كتلة الكاشف بأكملها. جعبة.
أدخل المغنون
يعمل هذا الإعداد التجريبي فقط إذا كان جسيم المادة المظلمة ثقيلًا نسبيًا ، مما يمنحها ما يكفي من الجاذبية لإخراج نواة في أحد هذه التفاعلات النادرة. لكن حتى الآن ، لم يلاحظ أي من كاشفات المادة المظلمة حول العالم أي أثر للتفاعل ، حتى بعد سنوات وسنوات من البحث. مع تقدم التجارب ، تم استبعاد الخصائص المسموح بها للمادة المظلمة ببطء. هذا ليس بالضرورة أمرا سيئا. نحن ببساطة لا نعرف ما هي المادة المظلمة ، لذلك كلما عرفنا أكثر عن ماهية المادة ، كلما كانت الصورة أكثر وضوحًا لما يمكن أن تكون.
لكن قلة النتائج يمكن أن تكون مقلقة قليلاً. يتم استبعاد أثقل المرشحين للمادة المظلمة ، وإذا كان الجسيم الغامض خفيفًا جدًا ، فلن يتم رؤيته أبدًا في أجهزة الكشف كما تم إعدادها الآن. هذا ما لم تكن هناك طريقة أخرى يمكن أن تتحدث بها المادة المظلمة مع المادة العادية.
في مقالة حديثة نُشرت في مجلة arXiv على الإنترنت ، يفصل الفيزيائيون إعدادًا تجريبيًا مقترحًا يمكنه اكتشاف جسيم المادة المظلمة في عملية تغيير دوران الإلكترونات (إذا كانت المادة المظلمة قادرة على فعل ذلك). في هذا الإعداد ، يمكن اكتشاف المادة المظلمة ، حتى لو كان الجسيم المشتبه به خفيفًا جدًا. يمكنها القيام بذلك عن طريق إنشاء ما يسمى المغنطيسات في المادة.
تظاهر بأن لديك قطعة من المواد عند درجة حرارة صفر. كل اللفات - مثل مغناطيسات البار الصغير - لجميع الإلكترونات في هذه المادة ستشير في نفس الاتجاه. عندما ترفع درجة الحرارة ببطء ، ستبدأ بعض الإلكترونات في الاستيقاظ والتذبذب وتوجيه دورانها عشوائيًا في الاتجاه المعاكس. كلما رفعت درجة الحرارة ، كلما انقلبت المزيد من الإلكترونات - وكل واحدة من هذه التقلبات تقلل من القوة المغناطيسية قليلاً. كل واحد من هذه اللفات المغلفة يتسبب أيضًا في تموج صغير في طاقة المادة ، ويمكن النظر إلى هذه الاهتزازات على أنها شبه جسيم ، وليس جسيمًا حقيقيًا ، ولكن شيئًا يمكنك وصفه بالرياضيات بهذه الطريقة. تُعرف هذه الأجزاء شبه الجسيمات باسم "المغنونات" ، ربما لأنها تشبه مغناطيسات صغيرة ولطيفة.
لذا إذا بدأت بمواد باردة حقًا ، وكانت جزيئات المادة المظلمة الكافية تضرب المادة وتقلب بعض اللفات حولها ، فستلاحظ المغنونات. نظرًا لحساسية التجربة وطبيعة التفاعلات ، يمكن لهذا الإعداد اكتشاف جزيء المادة المظلمة خفيف الوزن.
هذا إذا كان موجودًا.
بول م. سوتر فيزيائي فلكي في جامعة ولاية أوهايومضيف اسأل رائد فضاء و راديو الفضاء، ومؤلف كتاب مكانك في الكون.
