تتغلغل مادة غير مرئية في الكون وتغير مسارات النجوم والمجرات.
هذه المادة المظلمة تمارس جاذبية ، لكنها لا تتفاعل مع الضوء. لا أحد يعرف ما هو مصنوع ، وكان من المستحيل اكتشافه حتى الآن. لكن النظرية الجديدة يمكن أن توفر أخيرًا طريقة لاختبار المادة المظلمة.
قال علماء الفيزياء النظرية من جامعة كاليفورنيا ، ديفيس ، في عرض يوم 6 يونيو في مؤتمر بلانك 2019 في غرناطة ، إسبانيا ، إن المادة المظلمة قد تتكون من نصف مغناطيس غريب. ومن خلال تشغيل مجهر إلكتروني قوي بالفعل (حتى الآن غير موجود) ، قد نتمكن في النهاية من اكتشافها.
لكن ليس كل الفيزيائيين مقتنعين.
وقالت سابين هوسينفيلدر ، زميلة أبحاث في معهد فرانكفورت للدراسات المتقدمة ، الذي لم يكن جزءًا من الدراسة: "أعتقد أنه أنيق ، لكنه ليس واعدًا جدًا". "هناك عدد لا نهائي من الجسيمات التي يمكنك اختراعها والتي قد تشكل المادة المظلمة." وأضافت أن هذا مجرد واحد آخر منهم.
وقالت: "بالنسبة لكل من هذه الجسيمات ، يمكنك إجراء الكثير من الحسابات ونشر الأوراق والتفكير في التجارب ، والتي يمكنك بعد ذلك محاولة الحصول على تمويل لها". "إذا كنت محظوظًا حقًا ، فسيقوم شخص ما بتجربتك - التي لن تجد بعد ذلك أي شيء."
البحث عن المادة المظلمة
على الرغم من أن النظريات تتنبأ بوجود مادة مظلمة ، إلا أننا لا نملك أي فكرة عن شكلها أو شكلها. لفترة طويلة ، كانت هناك "قصة جميلة" أن المادة المظلمة تتكون من وحش خجول متجهم من جسيم معروف باسم الجسيمات الضخمة المتفاعلة الضعيفة ، أو WIMP ، حسبما قال مؤلف الدراسة الجديدة ، جون تيرنينج ، أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا ، ديفيس.
لسنوات ، بحث العلماء عن هذه الجسيمات البطيئة الخالية من الرسوم باستخدام مسرعات الجسيمات القوية. ولكن مع مرور الوقت ، استبعد الفيزيائيون المزيد والمزيد من مرشحي WIMP - وفقدت الفكرة الشعبية قوة الجذب. على الرغم من عدم استبعاده بالكامل ، "خلال السنوات العشر الماضية ، كان الناس يفكرون في إمكانيات أخرى غير WIMPs" ، قال تيرنينج.
تقترح نظرية أخرى أن المادة المظلمة تتكون بالفعل من جزيئات الضوء أو الفوتونات.
قال تيرنينج "بالإضافة إلى الفوتونات العادية التي يمكننا رؤيتها ، قد يكون هناك بعض الفوتونات التي لا نستطيع رؤيتها". هذه الفوتونات المظلمة هي جسيمات افتراضية لها كتلة لكنها أخف من الإلكترونات. سوف تتفاعل الفوتونات المظلمة - على الرغم من ضعفها إلى حد ما - مع الفوتونات العادية.
في هذه الدراسة الجديدة ، بنى تيرنينج وباحثه ما بعد الدكتوراه كريستوفر فيرهارن على هذه النظرية ، مقترحين أن المادة المظلمة قد تتكون أيضًا من نصف مغناطيس داكن ، وهذه نصف مغناطيسات افتراضية ستكون نسخًا مظلمة من الأحاديات التي طال البحث عنها ، أو المغناطيس التي لديها قطب واحد فقط ، اقترحه الفيزيائي بول ديراك لأول مرة في الثلاثينيات. (على الرغم من عقود من الصيد ، لم يجد أحد أي دليل لهم في الطبيعة حتى الآن).
لم يقترح ديراك مجرد احتكار ؛ واقترح أيضًا أن يتأثر إلكترون يتحرك حول القطب الواحد بحقله المغناطيسي. لذا ، إذا كانت نظرية Terning و Verhaaren صحيحة ، والنسخ المظلمة من هذه نصف المغناطيسات تتربص في مكان ما في الكون - وإذا كانت تلك نصف المغناطيسية المظلمة تعمل مثل القطب الواحد Dirac - فإنها ستترك أيضًا أدلة خفية في مسارات الإلكترونات.
وقال تيرنينج إنه في حالة وجود أحادي القطب مظلم ، فإنه سيصدر الفوتونات المظلمة التي يمكن أن تتحول إلى فوتونات منتظمة قبل امتصاصها بواسطة الإلكترونات. سيؤدي هذا التفاعل إلى دوران الإلكترونات أو تغيير مسارها قليلاً جدًا ، مما ينتج عنه نمط تداخل يسمى تأثير Aharonov-Bohm. (الإلكترونات ليست مجرد جسيمات ، بل هي أيضًا موجات ، ونمط التداخل هو ما يظهر عندما تتجمع القمم والوديان في "معادلة الموجة" للإلكترون أو تلغي بعضها البعض ، مما يخلق سلسلة من الضوء المتوازي و الخطوط المظلمة.) يقترح Terning و Verhaaren أنهم قد يكونون قادرين على اكتشاف هذا التغيير الطفيف للغاية في أنماط تداخل الإلكترونات باستخدام المجاهر الإلكترونية.
متحمس من الشمس
إذا كانت المادة المظلمة موجودة ، فهي فينا وحولنا - بما في ذلك داخل وحول أي مجهر شعاع إلكتروني سنستخدمه لاكتشافها. ولكن لاكتشاف المادة المظلمة من خلال اضطراب الإلكترونات ، فإن نصف المغناطيسات الغريبة التي تتكون منها المادة المظلمة ستحتاج إلى مجال مغناطيسي قوي بما فيه الكفاية. هذا يعني أن هذه نصف المغناطيس ستحتاج إلى الكثير من الطاقة.
وقال تيرنينج إن الاحتكار الذي يمر بالقرب من الشمس يمكن أن يصبح متحمسًا ويكتسب المزيد من الطاقة ثم يشق طريقه إلى الأرض. ويتوقع أن يمر ما يقرب من خمسة من هذه الأقطاب الأحادية المتحمسة يوميًا بشيء بحجم مجهر الشعاع الإلكتروني المقترح. وقال "هذا ليس سيئا لأن أجهزة كشف WIMP المعتادة ستكون سعيدة إذا حصلوا على خمسة أحداث في السنة".
بالإضافة إلى ذلك ، فإن التغيير في الطور الإلكتروني الناجم عن نصف مغناطيس داكن سيكون صغيرًا جدًا ، من أجل اكتشافه ، سنحتاج إلى مجاهر شعاع إلكتروني عالية الدقة بشكل لا يصدق - تلك الموجودة حاليًا ربما ليست قوية بما فيه الكفاية . وقال تيرنينج إن هذا المجهر الإلكتروني يحتاج إلى دقة أكبر خمس مرات من تلك الموجودة حاليًا.
وقال تيرنينج ، على أي حال ، نأمل في "تزويد هؤلاء الأشخاص بالمجهرات الإلكترونية الفائقة المهتمة بالبحث عن هذا" أو "قد نضطر إلى بناء واحدة أخرى لمجرد الجلوس والانتظار للمادة المظلمة".
وقال إن النظريات المتنافسة المختلفة للمادة المظلمة ستخبرنا قصصًا مختلفة تمامًا حول كيفية تشكل الكون المبكر. ما هو أكثر من ذلك ، بمجرد معرفة ما هي المادة المظلمة التي تتكون في الواقع - سواء كانت جزيئات خفيفة أو ثقيلة - يمكن للناس إنشاء مصانع للمادة المظلمة ، من نوع ما ، هنا على الأرض. "إذا كان خفيفًا جدًا ، فلن تحتاج إلى الكثير من الطاقة لإنتاج المادة المظلمة الخاصة بك."
نشر العلماء دراستهم في مجلة arXiv قبل الطباعة. لم يتم حتى الآن مراجعة النظراء.
