جسيمات غريبة ربّما تحتفظ بأدلة عن لغز المادة المظلمة

[نجمة الجدي]

ناسا بالعربي- NASA In Arabic - مقـــال
جسيمات غريبة ربّما تحتفظ بأدلة عن لغز المادة المظلمة
1 مايو 2014

تؤلف المادة المظلمة (Dark matter) ما يصل إلى حوالي 80% من كتلة الكون، لكن لايزال العلماء لا يعرفون ما هي طبيعة هذا الشيء الغريب.

ــ اقترح العلماء وجود عدد من الجسيمات كمكونات مرشحة للمادة المظلمة الغامضة، والتي تمت تسميتها بهذا الاسم لأنّها كما يبدو لا تقوم بإصدار أو امتصاص الضوء. لايزال العمل جارياً من أجل اكتشاف وتصنيف هذه الجسيمات الغريبة، انطلاقاً من WAMPS مروراً بالنيترينوهات العقيمة "sterile neutrinos" ووصولاً إلى الاكسيونات "axions".

يقول Shunsaku Horiuchi، من جامعة كاليفورنيا –آرفين، ضمن مؤتمرٍ صحفي لاجتماع إبريل للجمعية الفيزيائية الأمريكية في سافانا، جورجيا ‘‘مساحة النظرية التي تتحدث عن طبيعة المادة المظلمة ربّما تكون هائلة. ‘‘

ــ حالة غريبة من أجل WIMPs
وفقاً للعلماء، فإنّه عندما خلق الانفجار العظيم "Big Bang" الكون قبل 13.8 مليار عام، تم إنتاج جسيمات المادة المظلمة جنباً إلى جنب مع المادة الاعتيادية، التي يُمكننا رؤيتها ولمسها. يُمكن أن تؤدي التصادمات بين جسيمات المادة المظلمة إلى إفناء العديد من الجسيمات، لكن مع ازدياد برودة الكون وتوسعه، تناقص معدل التصادمات، تاركاً وراؤه المادة المظلمة الموجودة اليوم.

ربّما تكون جسيمات التفاعل الضعيف الضخمة (WIMPs)، التي تمّ اقتراحها للمرة الأولى في العام 1980، المرشح الرئيسي بخصوص المادة المظلمة. WIMPs تتمتع بكتلة أكبر بـ 100-ضعف من كتلة الالكترونات وتتفاعل عبر جاذبية القوة النووية الضعيفة. لا تتفاعل الـ WIMPs بقوة مع المادة العادية، لكنّها تتفاعل مع بعضها البعض، مؤديةً جراء هذه العملية إلى إنتاج أشعة غاما قابلة للرصد.

يتم تشغيل واحد من بين العديد من الكواشف التي تسعى للبحث عن WIMPs من قبل تعاون تكنولوجيا النيترينو الناتج عن الجرمانيوم (CoGeNT). يقع كاشف CoGeNT عند عمق كبير تحت سطح الأرض في منجم سودان في مينيسوتا، وبذلك يكون محمي من التداخل مع الخلفية الكونية. تم وضع بلورة من عنصر الجرمانيوم داخل صندوق، وذلك بانتظار تصادم نادر بين جسم WIMP داخل إلى الصندوق وبين نواة ذرة مفردة موجودة في الكاشف. سيؤدي التصادم إلى عملية ارتداد تؤدي إلى توليد كمية صغيرة من الطاقة القابلة للقياس.




عرض الدكتور بلاس كابريرا Blas Cabrera من جامعة ستانفور تحديثات بحث تعاون CoGeNT المتعلقة بخصوص المادة المظلمة. جراء تغيير كواشف السيليكون بكواشف الجرمانيوم، يقول Cabrera بأنّ ثقة الفريق أصبحت أقوى بخصوص النتائج المحتملة.

مؤخراً، فحص فريقٌ آخر بيانات CoGeNT واعتقدوا أنهم وجدوا الـ WIMPs. على أية حال، أعاد فريق CoGeNT التحليل ووجد جسيمات WIMPs في الكواشف المضاعفة – وفقاً لـ Cabrera، هي إشارة اعتقد الفريق بأنها ليست كشفاً عن الجسيمات المحتملة للمادة المظلمة.
يقول Cabrera، ‘‘يجب أن تتفاعل الـ WIMPs بشكلٍ ضعيف جداً إلى درجة لا يمكن معها أبداً لهذه الجسيمات أن تتفاعل في كاشفين . ‘‘

بدلاً من ذلك، يعتقد Cabrera أنّ الإشارات المكتشفة تعود إلى ضجيج الخلفية، الأمر الذي قاد الفريق إلى تحسين نماذجهم المتعلقة بالبيانات.

حتى الآن، لا يوجد أي كشف، تم تأكيده، لجسيم WIMP –لكن يساعد هذا الأمر في تضييق التفاعلات المحتملة.

يقول Cabrera، ‘‘مع الاستمرار في استكشاف المناطق المركزية من نموذج WIMP وطالما أنّه لم يتم إيجاد الـ WIMPs، يعني ذلك أنّه من المهم بالنسبة لنا أن نوسع من بحثنا وذلك يتضمن كل التفاعلات المُمكنة بين المادة المظلمة والنُوى. ‘‘

ــ النيترينوهات العقيمة :
تعتبر النيترينوهات العقيمة مصدر آخر محتمل للمادة المظلمة، وهي جسيمات افتراضية تتفاعل فقط مع القوى الثقالية. هذه الجسيمات صغيرة، لها كتلة أقل من جزء من المليار من كتلة البروتون.
يقول Horiuchi، ‘‘ تُشكل النيترينوهات العقيمة دافعاً لتفسير كتل النيترينوهات، وما هو مقدار صغر كتل النيترينوهات النشطة. ‘‘

لن تتفاعل النيترينوهات العقيمة، التي نتجت خلال ولادة الكون، مع جسيمات أخرى غير النيترينوهات. بدلاً من ذلك، ستقوم هذه الجسيمات وبشكلٍ تدريجي بالتفكك وإصدار أشعة اكس.
يتوقع العلماء أن المادة المظلمة تُهيمن على المجرات القزمة، مثل تلك المحيطة بمجرتنا.

يقول Horiuchi، ‘‘ستنتج أفضل القياسات عن الأشعة اكس والمجرات القزمة. ‘‘

في فبراير، ذكر Horiuchi أن ورقتين مستقلتين أعلنتا عن كشف خطوط للأشعة اكس ضمن كثافات متغيرة للمادة المظلمة وهذا الأمر لم نتمكن من شرحه بالاعتماد أحداث فلكية.

تؤسس كلا الورقتين، المتاحتين عبر الانترنت واللتين لم تتعرضا لمراجعة عميقة حتى الآن، لنموذجٍ جديد يعتمد على تفكك النيترينوهات العقيمة، الأمر الذي يلائم عمليات الكشف المرصودة بشكلٍ أفضل بكثير من وجود أيٌّ من المصادر الفلكية.

ــ اكسيونات في كل مكان :

الاكسيونات "axions" : هي المصدر المحتمل الثالث للمادة المظلمة، وهي جسيمات افتراضية تم التنبؤ بها كنتيحة للفيزياء النووية. قادت، الكتل المنخفضة للاكسيونات ووفرتها في الكون، العلماء إلى اقتراح أنها من المحتمل أن تكون المادة المظلمة ويمكن ان تكون أيضاً موجودة وليست جزءاً من لغز كتلة الكون.

للأكسيونات عمر أطول من عمر الكون ويجب أن تكون موجودة في كل مكانٍ حولنا. يقول Gray Rybka من جامعة واشنطن أن 100 كوادريليون (10^17) من الاكسيونات سيكون كافياً من أجل ملئ كوب من القهوة.

يعمل Rybka على تجربة المادة المظلمة المكونة من الاكسيونات (ADMX)، تبحث هذه التجربة عن الاكسيونات بالاعتماد على مغناطيس فائق الناقلية وكبير. عندما تصطدم الاكسيونات مع الحقل المغناطيسي، يجب أن تخلق فوتونات قابلة للكشف. يمكن لقضبان التحكم أن تُغير من تردد المغناطيس، الأمر الذي يسمح للتجرب بالبحث عن الاكسيونات ضمن مجالٍ واسع من الترددات.

يقول Rybka، : ‘‘تعمل التجربة بشكلٍ مشابه كثيراً لراديو AM، فأنت تقوم بضبط التردد محاولاً إيجاد القناة التي تُريد الاستماع إليها. ‘‘

تتجنب ADMX، من خلال العمل عند درجات حرارة فائقة البرودة، البحث عن الاكسيونات في المناطق التي قامت فيها تجارب أخرى، متعلقة بالمادة المظلمة، باستبعادها. وبدلاً من ذلك، تُركز التجربة على الاحتمالات الأخرى المتبقية خلال السنوات الست القادمة.

يقول Rybka، ‘‘نحن ماضون في طريق البحث عن المادة المظلمة، المكونة من الاكسيونات، ضمن كل المناطق المعقولة. بحلول الوقت الذي ستنتهي فيه التجربة، إذا ما كانت المادة المظلمة المكونة من الاكسيونات موجودة، سنكون قد اكتشفناها. ‘‘

ــ الكل في واحد!
ــ وفقاً للباحثين، يمكن أن تتألف المادة المظلمة من الـ WIMPs، النيترينوهات العقيمة، الاكسيونات أو جسيمات أخرى لم نأخذها بعين الاعتبار حتى الآن. يمكن أن تكون موجودة أيضاً هلى شكل تجمع من بضع جسيمات.
لاحظ Rybka أيضاً أنّ فريقه توقع أنه ‘‘من الممكن أن تؤلف الاكسيونات جزءاً من المادة المظلمة بدلاً تكون كل المادة المظلمة عبارة عن اكسيونات. ‘‘
يريد معظم العلماء رؤية اللغز المذهل المتعلق بالمادة المظلمة محلولاً، لا يهم ما هي الجسيمات التي تُكونها أو من يكتشف تلك الجسيمات.
يقول Cabrera، ‘‘أريد أن أعرف من هي المادة المظلمة، ولا يهمني من يكتشف ذلك. ‘‘
هذه المشاعر موجودة لدى علماء آخرين، لكن Rybka يقول أنّه كان يتمنى أن تكون مختلفة.
يقول Rybka مُبتسماً، ‘‘كنت سأفضل أن أكون أول من يكتشف المادة المظلمة. ‘‘

فريق ناسا بالعربي
ترجمة: Humam Betar
تدقيق الترجمة والمراجعة اللغوية: Tareq Nasser
تصيميم الصورة: Mustafa Sa & Humam Betar

المصدر: space.com
ٌResource: space.com
رابط المقال: http://www.space.com/25709-dark-matt...particles.html

مشاركتك للمعلومات تساهم في نشر الوعي بأهمية العلم و المعرفة. شـــكراً جزيلاً

حسابنا على تويتر: https://twitter.com/NasaInArabic1
حسابنا على غوغل بلس: