المادة المظلمة – وهي مادة غير مرئية تشكل بطريقة ما أكثر من 80% من المادة في الكون – هي ظاهرة بعيدة عن العلماء بشكل محبط. على الرغم من البحث عنها لعقود من الزمن، وتزويدنا بأدلة على وجودها بالفعل، إلا أنه لم يتم اكتشاف المادة المظلمة بشكل مباشر.
لكن الآن، يعد مختبر جينبينج الصيني تحت الأرض (CJPL) – الذي توج كأكبر وأعمق منشأة تحت الأرض في العالم بعد مرحلته المطورة، CJPL-II – بأخذ العلماء خطوة إلى الأمام. وقد بدأ تشغيله في أوائل ديسمبر من العام الماضي.
تم بناء المختبر داخل أنفاق مُعاد استخدامها تمر عبر جبال جين بينغ في مقاطعة سيتشوان الصينية، وقد تم دفنه تحت 2400 متر (1.49 ميل) من الصخور. السبب وراء موقعها العميق والمنعزل هو أن الكثير من الصخور يمكن أن تقلل من الضوضاء الخلفية الموجودة في بيانات المادة المظلمة، والتي تحدث عادة عن طريق أشياء مثل الأشعة الكونية (آخر فضاء سر لوقت آخر.)
متعلق ب: ما هي نسبة المادة المظلمة في الكون؟
تمتد المنشأة الجديدة الضخمة على مساحة 330 ألف متر مكعب، وهي موطن لاثنين من أجهزة كشف المادة المظلمة. يتمتع المختبر أيضًا بوصول أفقي استثنائي. قال: “يمكن للمرء أن يقود حافلة إلى الكهوف”. ويك هاكستون، أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، الذي قام بجولة في CJPL-II بالإضافة إلى المختبر الأصلي، وكان عضوًا في اللجنة الاستشارية للمختبر حتى العام الماضي.
وقال هاكستون إن هذا الجانب المثير للإعجاب “يجعل بناء منشآت كبيرة تحت الأرض أقل تكلفة وأكثر كفاءة”. “لا أعتقد أن هناك أي موقع آخر يجمع هذا العمق الكبير مع هذا الوصول.”
كشف غير المرئي
يعتقد العلماء أن محتوى المادة المظلمة الذي يتخلل كوننا لا يتعرض للعديد من التفاعلات التي تشحن الجسيمات، مثل البروتونات والإلكترونات، مما يعني أن الجسيمات التي يُعتقد أنها تشكل المادة الغامضة يمكن أن تنزلق بسهولة عبرها أرضالصخور وتمر عبر أجهزة الكشف الموجودة حتى تحت السطح في مختبر جين بينغ الصيني.
بعد كل شيء، فإن السمة الرئيسية للمادة المظلمة هي حقيقة أنها لا تتفاعل مع الضوء، على عكس المادة “العادية” أو الباريونية، التي تتكون من البروتونات والبروتونات. الإلكترونات. وهذا هو السبب في أنها غير مرئية تمامًا بالنسبة لنا.
ومع ذلك، يأمل العلماء في المختبر أن تصطدم جسيمات المادة المظلمة المحتملة بالمواد الموجودة في أجهزة الكشف المصممة لرصد هذه الجسيمات المراوغة. في جين بينغ، قاد هذا البحث تجربتان للمادة المظلمة، سُميتا تجارب الزينون للجسيمات والفيزياء الفلكية (PandaX) وتجربة المادة المظلمة الصينية (CDEX).
احتمال تصادم جزيئات المادة المظلمة الذرات سيتم تمييز كمية الزينون السائل التي يحتفظ بها كاشف PandaX بواسطة أجهزة الاستشعار على أنها ومضات ضوئية. وفي الوقت نفسه، سيقوم كاشف الجرمانيوم عالي الحساسية التابع لـ CDEX بوضع علامة على هذه الجسيمات الغامضة على أنها إشارات كهربائية. الفكرة هي أنه حتى لو مرت كل جسيمات المادة المظلمة تقريبًا عبر أجهزة الكشف، فإن واحدًا على الأقل سيتصل عن طريق الخطأ بأي منهما.
على وجه التحديد، تبحث أجهزة الكشف عن مرشح رئيسي للمادة المظلمة يسمى WIMPs (اختصار للجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل)، وهي فئة افتراضية من الجسيمات تم التنبؤ بها منذ أكثر من ثلاثة عقود استعصى على التجارب الأكثر حساسية حتى الآن. وجودهم لا يُعرف إلا من خلال القوة النووية الضعيفة و جاذبية، هو ضمن فهم كيف نفكر الكون تطورت. ومع ذلك، في عام 2021، سيتم الكشف عن أجهزة الكشف عن WIMP الأكثر حساسية في العالم في مختبر غران ساسو الوطني في إيطاليا وكذلك جين بينغ. تم الإبلاغ عن نتيجة فارغة.
البديل الرئيسي الآخر لجسيمات المادة المظلمة يشمل المحاور، وهي أيضًا فئة من الجسيمات الافتراضية التي يُعتقد أنها تغمر الكون وتتصرف تمامًا مثل المادة المظلمة. لا تزال هناك تفسيرات غريبة أخرى، مثل النظرية الشائعة ولكن غير المؤكدة التي تقول إن جسيمات المادة المظلمة تتفاعل بطريقة أو بأخرى مع نفسها (المادة المظلمة ذاتية التفاعل أو SIDM).
قصص ذات الصلة:
– قد تكون المادة المظلمة مختبئة في نفاثات الجسيمات في مصادم الهادرونات الكبير
– نظرية “القوة المظلمة” يمكن أن تحل لغزين كونيين مفتوحين
– ما زلنا لا نعرف ما هي المادة المظلمة، ولكن إليك ما ليست كذلك
ويقول خبراء المادة المظلمة إن مختبر جين بينغ الذي تمت ترقيته يمكن أن يساعد أيضًا في الإجابة على المزيد من الأسئلة الأساسية، مثل ما إذا كانت “الجسيمات” تشكل بالفعل مادة مظلمة. وهناك فكرة شائعة هي أن المادة المظلمة يتكون في المقام الأول من جسيمات دون ذرية لم يتم اكتشافها بعد (أو مجموعة منها). لكن البديل نظريات شعبية (ولكنها غير كاملة) للجاذبية التي لا تتطلب أن تتكون المادة المظلمة من جزيئات مستمرة.
وقال: “على المستوى الأساسي، لا نعرف لأننا لم نكتشف أبدًا تفاعلًا جسيميًا”. ماثيو ووكر، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة كارنيجي ميلون في بيتسبرغ، بنسلفانيا. وبقدر ما يكون الهدف طموحًا، فإن اكتشاف جسيم المادة المظلمة من شأنه أن يحل المشكلة مرة واحدة وإلى الأبد. “بالنسبة لي، هذا هو أهم شيء يمكن أن تفعله هذه التجربة.”
وأضاف: “أنا أشجعهم”. “لقد انتظرنا طويلا وقت لمعرفة ما هي المادة المظلمة.”