تشير دراسة نظرية جديدة إلى أن التوسع المتسارع للكون قد يكون مدفوعًا بشكل غامض من المادة يسمى “الجسيمات غير الجسيمات”، والتي لا تخضع للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات.
يعترف العلماء على نطاق واسع بأن الكون يتوسع، على الرغم من أن سبب هذا التوسع لا يزال بعيد المنال. ومن أشهر التفسيرات المقترحة وجود كيان غامض يسمى الطاقة المظلمة على شكل ثابت كوني يؤدي إلى التوسع بمعدل مستقل عن عمر الكون ودرجة حرارة المادة والإشعاع. ومع ذلك، فإن الملاحظات الفلكية الأخيرة تتحدى هذه الفرضية، مما دفع الفيزيائيين إلى استكشاف بدائل لما يمكن أن تكون عليه الطاقة المظلمة.
الآن، في ورقة بحثية جديدة، قام الباحثون بتحليل فكرة أن الطاقة المظلمة تتكون من شكل نظري للمادة يسمى الجسيمات غير الجسيمات. ووجدوا أن هذه النظرية تتوافق بشكل أفضل مع الملاحظات مقارنة بالنموذج الكوني القياسي السائد، والذي يفترض وجود ثابت كوني.
متعلق ب: يعقد تلسكوب جيمس ويب الفضائي مفارقة الكون المتوسعة عن طريق التحقق من عمل هابل
“من الناحية الملاحظة، تنشأ تناقضات في قيم معدل توسع الكون ونمو الهياكل واسعة النطاق [galaxies and galactic clusters] وقال المؤلف المشارك في الدراسة أوتكارش كومار، عالم الكونيات في جامعة أرييل، لموقع Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني: “تساهم الملاحظات المختلفة، بما في ذلك قياسات الخلفية الكونية الميكروية، وتعتيم المستعرات الأعظمية وغيرها الكثير، في هذا التوتر”.
فالكميات مثل ثابت هابل، الذي يحدد معدل التوسع، وما يسمى S8، الذي يحتوي على معلومات حول تكوين الهياكل واسعة النطاق، لا يتم قياسها بشكل مباشر. وبدلاً من ذلك، يتم حسابها من خلال ملاحظات الخلفية الكونية الميكروية (الإشعاع المتبقي من الانفجار الكبير) والنجوم والمجرات البعيدة، باستخدام النظريات الرياضية. ومع ذلك، فإن النظريات المختلفة تنتج قيمًا مختلفة لهذه المعلمات من نفس البيانات، مما يشكل توترًا كبيرًا في علم الكونيات.
ولمعالجة هذه المشكلة، يشير مؤلفو الدراسة الجديدة، التي نُشرت في ديسمبر 2023 في مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية، إلى أن توسع الكون لا يحركه ثابت كوني ولكن الجسيمات غير الجزيئية، والتي سبق أن تم أخذها في الاعتبار في دراسة الكون. سياق فيزياء الجسيمات.
“تم تقديم فكرة الجسيمات غير الجزئية بواسطة [theoretical physicist Howard] قال مؤلف الدراسة الرئيسي إيدو بن ديان، وهو أيضًا من جامعة أرييل، لموقع Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني: “في الفيزياء الأساسية، نناقش عادةً مجالات، مثل المجال الكهربائي، حيث تكون الجسيمات عبارة عن إثارة لهذا المجال. جورجي منذ أكثر من عقد من الزمن”. في حالة المجال الكهربائي، هذه هي الفوتونات، أو حزم الضوء. وأضاف بن ديان أنه في جميع الحالات تقريبًا، تكون الجسيمات عبارة عن إثارات ذات كتلة وزخم محددين جيدًا.
ومع ذلك، قال بن ديان: “إن الجسيمات غير الجسيمات هي نتيجة لمجموعة من المجالات التي لا تتمتع إثاراتها بزخم وكتلة محددين جيدًا”. “وهكذا، على المستوى العياني، تتصرف كالسائل. والنتيجة الخاصة لهذه الخاصية هي أن معادلة حالتها، التي تصف النسبة بين الضغط الذي تمارسه وكثافة الطاقة، تعتمد على درجة الحرارة.”
تشبه معادلة الحالة هذه بقوة معادلة الثابت الكوني. علاوة على ذلك، فإن التفاعل الضعيف للغاية بين الجسيمات غير الجزيئية والمادة “العادية”، والذي تنبأت به جميع النماذج النظرية للمادة، يجعلها مرشحًا ممتازًا للطاقة المظلمة.
جزيئات غير متشابكة
استخدم بن ديان وكومار في عملهما فرضية عدم الجسيمات بدلاً من الثابت الكوني ودمجوها مع بيانات المراقبة التي تم جمعها من العديد من التجارب. ووجدوا أنه على عكس القيم المحسوبة باستخدام النموذج الكوني القياسي، فإن قيم ثابت هابل والمعلمة S8 المشتقة من هذه التجارب كانت متسقة مع بعضها البعض عندما استخدموا نظرية عدم الجسيمات.
وقال كومار: “علاوة على ذلك، فإن نموذجهم قلل من التناقض بين قياسات ثابت هابل وS8، وبالتالي استعادة الاتفاق بين القياسات المختلفة”.
وفي الوقت الحالي، لا يوجد دليل تجريبي يدعم هذه النظرية. ومع ذلك، فإن المؤلفين واثقون من أنه خلال العقد المقبل أو نحو ذلك، ستتحسن دقة القياسات الفلكية بدرجة كافية لتحديد ما إذا كانت نظرية عدم الجسيمات صحيحة أم لا.
وقال بن ديان: “يتم اختبار نموذجنا من خلال التحسين المستمر للملاحظات الكونية”. “إذا كان هذا صحيحًا، فيجب القيام بتجارب الخلفية الكونية الميكروية المستقبلية [confirm it]”.
وأضاف بن ديان أنه يجري حاليًا تطوير تجارب لقياس طبيعة الطاقة المظلمة، ولكنها ستتطلب تلسكوبات “للاستكشاف في الوقت المناسب” أكثر مما تفعل حاليًا.
قصص ذات الصلة:
– ما مدى سرعة توسع الكون؟ يمكن لبيانات المستعر الأعظم الجديدة أن تساعد في تحديد ذلك
– “مشكلة هابل” يمكن أن تتفاقم مع قياس جديد لتوسع الكون
– ما هو عمر الكون؟
علاوة على ذلك، يخطط الفيزيائيون لزيادة دقة حساباتهم والبحث عن المظاهر المحتملة للجسيمات غير الجسيمات في تجارب مألوفة أكثر مع الجسيمات الأولية في المسرعات، والتي يمكن أن تتأثر بوجود الجسيمات غير الجسيمات.
وقال كومار: “نحن نخطط للنظر في التفاعلات بين الجسيمات غير الجزيئية والنموذج القياسي للجسيمات الأولية”. “وهذا يمكن أن يختبر نموذجنا بشكل أكبر. وسوف نقوم بدراسة بعض امتدادات نموذجنا وعواقبها الكونية.”