“نحن بحاجة إلى توسيع بحثنا ، والآن نستطيع.” من المقرر أن يطلق العلماء سلاحًا جديدًا قويًا في البحث عن المادة المظلمة

عند الشراء من خلال روابط على مقالاتنا ، قد يكسب المستقبل وشركاء المشاركة في العمولة.

العلماء على وشك إطلاق العنان لسلاح جديد قوي في البحث عن المادة المظلمة ، وهي المادة الغامضة التي تمثل حوالي 85 ٪ من “الأشياء” في الكون. مثل سلاح فائق تم تطويره بواسطة صورة فائقة النمطية ، يتم إخفاء هذا الكشف الجديد عن المادة المظلمة على بعد ميل عميق تحت جبال الألب الفرنسية.

هذا الكاشف الحساس للغاية ، الذي طوره فريق دولي من الباحثين بما في ذلك علماء من جامعة جونز هوبكنز ، سيوسع البحث عن جزيئات المادة المظلمة المحتملة خارج معاييرها الحالية. وبالتالي ، يمكن أن يقدم دليلًا على وجود جسيم مرشح للمادة المظلمة ، أو يمكن أن يساعد الكاشف في استبعاد بعض المشتبه بهم.

هذا الدليل على أو ضد بعض المرشحين للمادة المظلمة يمكن أن يجد جزيئات جديدة أقل ضخامة من العديد من المرشحين الحاليين للمواد المظلمة. أو ، بصفته عضوًا في الفريق وباحث جونز هوبكنز دانييل نورسيني ، تعرضها ، “Wimpy أكثر من Wimps (الجزيئات الضخمة المتفاعلة بشكل ضعيف).”

وقال نورسيني في بيان “المادة المظلمة هي واحدة من أهم المكونات التي تشكل عالمنا وأيضًا واحدة من أعظم الألغاز الكونية”. “نظرياتنا السائدة حول طبيعة المادة المظلمة لا تسفر عن نتائج ، حتى بعد عقود من التحقيق.

“نحن بحاجة إلى توسيع بحثنا ، والآن نستطيع.”

كاشف المادة المظلمة الجديدة يذهب تحت الأرض

المادة المظلمة هي لغز للعلماء لأنه على الرغم من تفوق الجسيمات اليومية في الكون بنسبة 5 إلى 1 ، ليس لدينا أي فكرة عن المادة المظلمة. نحن نعرف ما (ربما) ليس كذلك.

المادة المظلمة غير مرئية بشكل فعال لأنها لا تتفاعل بشكل مباشر مع الإشعاع الكهرومغناطيسي ، أو الضوء ، أو يفعل ذلك ، وهذا التفاعل ضعيف للغاية لا يمكننا رؤيته. تتفاعل المادة المظلمة بشكل جاذب ، وقد سمح لعلماء الفلك باكتشاف أن المجرات بأكملها مثل درب التبانة مضمنة في هالات شاسعة من المادة المظلمة التي تمتد إلى ما هو أبعد من وصول هذه المادة المرئية لتلك المجرات.

الجسيمات التي تشتمل على الذرات والإلكترونات والبروتونات والنيوترونات يفعل التفاعل مع الضوء ، حتى نعلم أن المادة المظلمة ليست هي نفسها “الأشياء” التي تضم النجوم والكواكب والأقمار والكويكبات والحيوانات وكل شيء آخر يمكننا رؤيته.

وقد دفع هذا إلى البحث عن جزيئات تتجاوز النموذج القياسي المزعوم لفيزياء الجسيمات ، والتي تم الانتهاء منها عندما اكتشف العلماء بوسون هيغز في مصادم هادرون الكبير (LHC) ، أقوى مسرع للجسيمات في العالم ، في عام 2012.

ولكن ، على الرغم من أن العلماء الذين يستخدمون أدوات مثل LHC لتحطيم البروتونات والأناقة الذرية معًا بالقرب من سرعة الضوء ، إلا أن جسيم المادة المظلمة المحتملة فشل حتى الآن في الظهور في المختبر. هذا هو أيضا على الرغم من 4 عقود من البحث.

تم تصميم أجهزة الكشف عن المادة المظلمة التقليدية لاكتشاف ومضات صغيرة من الطاقة التي تسببها عندما تكون جزيئات المادة المظلمة ، مهما كانت ، تصطدم وتتفاعل مع جزيئات المادة العادية. تستخدم الكاشفات الحالية ذرات ثقيلة مثل زينون وأرجون ، والتي يجب أن تتراجع إذا تم ضرب نواةها ، مثل تصادم كرات البلياردو. سيتم تسجيل الطاقة من هذا الارتداد وتقييمها كإشارة طاقة مظلمة محتملة.

المشكلة في ذلك هي أن الارتداد ، الضروري للكشف ، لا يحدث إلا إذا كان جسيم المادة المظلمة التي تضرب النواة الذرية لها كتلة مماثلة للنواة المذهلة.

وهذا يعني أن محاولات اكتشاف جزيئات المادة المظلمة بهذه الطريقة ركزت تاريخيا على الجزيئات ذات الكتل ذات الحجم النووي ، أو الغش. ومع ذلك ، فإن هذا الفريق أسباب أنه في حالة وجود Wimps ، فإن 40 عامًا أو نحو ذلك من الصيد الذي تم إجراؤه حتى الآن كان يجب أن يظهر إشارة.

ومع ذلك ، إذا كانت جزيئات المادة المظلمة ذات كتل أصغر ، فلن تعمل طريقة الكشف هذه. بالعودة إلى تشبيه الكرة البلياردو ، تخيل استبدال كرات البلياردو بكتاب البولينج وكرة جديلة مع كرة بينج بونج. لن يكون لدى جزيئات المادة المظلمة الأخف وزنا لتتسبب في تراجع نواة زينون أو الأرجون. ومع ذلك ، هم استطاع تسبب الارتداد عند ضرب جزيئات أقل ضخمة مثل الإلكترونات. قد يؤدي هذا الارتداد الأصغر إلى وجود وميض أصغر من الطاقة يتطلب كاشف أكثر حساسية لاكتشافه

لتطوير مجموعة أكثر حساسية لاكتشاف المادة المظلمة ، تحول هذا الفريق إلى أجهزة قائد السيليكون المشحونة أو “CCDs”. توظف هذه المستشعرات المتقدمة السيليكون للكشف عن الكثير من أحداث الطاقة المنخفضة أكثر مما يمكن أن يكتشف CCDs.

الجهاز قادر على اكتشاف الإشارات المنبعثة من الإلكترونات المفردة لأنها تدور حول نواة ذرية أكبر بكثير. هذا يجب أن يسمح للباحثين بالبحث عن جزيئات المادة المظلمة مماثلة في الحجم للإلكترونات.

تتطلب هذه الحساسية بيئة محمية بشكل جيد للغاية لمنع أي إشارة من غسلها بواسطة إشارات غير مرغوب فيها أو “ضوضاء” من الأحداث المحيطة التي تحدث بشكل طبيعي. وبالتالي ، فإن هذا الفريق يأخذ كاشفه حوالي 1.2 ميل (2 كيلومترات) تحت جبال الألب الفرنسية.

في هذا المخبأ تحت الأرض ، يمكن للكميات الهائلة من الأساس السرير أن تمنع الأشعة الكونية ، وتشحن الجزيئات التي تتدفق إلى الأرض من الفضاء ، وترشيح الإشارات التي تسببها عندما تضرب الذرات ، في حين أن الرصاص القديم والنحاس الذي يزرع مع المختبر يقللون من إشعاع الخلفية والضوضاء المرتبطة بذلك.

القصص ذات الصلة:

– يمكن أن تخلق المادة المظلمة ثقوبًا سوداء تلتهم الكواكب الخارجية من الداخل

– يمكن أن تحل الثقوب السوداء التي تحول المادة إلى طاقة داكنة “لغز الفواق الكونية”

– يقول العلماء إن الثقوب السوداء يمكن أن تعمل كمصاعدين طبيعيين للبحث عن المادة المظلمة

الكاشف الحالي هو نموذج أولي للمفهوم يتميز بـ 8 CCDs قائد السيليكون. والخطوة التالية هي توسيع نطاق ما يصل إلى 208 مستشعرًا لإنشاء تجربة كاملة الحجم ، والتي أطلق عليها اسم Damic-M.

ستعزز مساحة الالتقاط الأكبر في DAMIC-M فرص التقاط التفاعل بين الإلكترونات وجزيئات المادة المظلمة ، مما يجعل هذا الكاشف الأكثر حساسية في العالم لجزيئات “Wimpier” المحتملة.

وخلص نورسيني إلى أن “محاولة إغلاق إشارة Dark Matter تشبه محاولة سماع شخص ما يهمس في ملعب مليء بالناس. وهذا هو مدى صغر الإشارة”. “على الرغم من أننا لم نكتشف المادة المظلمة حتى الآن ، فإن نتائجنا تظهر أن كاشفنا يعمل على النحو المصمم ، وبدأنا في تحديد هذه المنطقة غير المستكشفة.”

تم نشر بحث الفريق في 13 أغسطس في المجلة رسائل المراجعة البدنية.