كشفت دراسة جديدة أن وفرة المادة المضادة في زخات الجسيمات المشحونة التي تقصف الأرض، والتي تسمى الأشعة الكونية، يمكن أن تكشف أسرار المادة المظلمة، وهي "الأشياء" الأكثر غموضا في الكون.
وتمثل المادة المظلمة تحديا للعلماء لأنها، وفقا للتقديرات، تشكل 85% من المادة في الكون، لكنها غير مرئية فعليا لأنها لا تتفاعل مع الضوء. وهذا يعني أن كل ذرة تشكل كل نجم، وكوكب، وقمر، وكويكب، ومذنب، وإنسان، وكتاب، وفنجان قهوة، وقطة، تفوقها المادة المظلمة بنحو خمسة إلى واحد.
تفترض مجموعة من الباحثين بقيادة بيدرو دي لا توري لوك من معهد الفيزياء النظرية في مدريد أن الكميات غير القابلة للتفسير من المادة المضادة، "الجسيمات المرآة" ذات الشحنات المعاكسة لجسيمات المادة مثل البروتونات والإلكترونات، الموجودة في الأشعة الكونية يمكن أن تكون هي المادة المضادة. نتيجة لإبادة جزيئات المادة المظلمة. ومع ذلك، فإن تفاصيل هذا الارتباط يمكن أن تبرئ المشتبه به الرئيسي في وجود المادة المظلمة - WIMPs ، وهو اختصار لعبارة "الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل".
ابتعد عن الطريق يا ضعيف!
على الرغم من أنها لا تزال واحدة من المشتبه بهم الرئيسيين المفترضين لتفسير المادة المظلمة، إلا أن الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs) ظلت حتى الآن بعيدة المنال بشكل محبط.
وقال دي لا توري لوك: "إن الجسيمات الخاملة (WIMPs) هي عائلة عامة من الجسيمات التي تم التنبؤ بها من خلال العديد من الامتدادات البسيطة للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، وهو النموذج الذي يشرح الجسيمات التي نعرفها وتفاعلاتها". "لم يتم ملاحظتها مطلقًا، لكنها مرشحة ممتازة للمادة المظلمة لأنها محايدة ويمكن إنتاجها في الكون المبكر بآليات مشابهة للعملية التي خلقت الجسيمات المعروفة".
إن التفاعل الضعيف بين الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs) مع بقية جسيمات النموذج القياسي يعني أنها ربما تجنبت أي اكتشاف محتمل من خلال تجاربنا الحالية. ولهذا السبب، إذا كانت تشكل مادة مظلمة، فلم يتم اكتشافها بشكل مباشر بعد. سوف تتفاعل الجسيمات ضعيفة التفاعل (WIMPs) مع الجاذبية، تمامًا كما تفعل المادة المظلمة . وهذا أمر بالغ الأهمية، لأن تفاعل الجاذبية للمادة المظلمة هو الذي سمح للعلماء باستنتاج وجودها. ولذلك، فإن الجسيمات ضعيفة التفاعل (WIMPs) والمادة المظلمة هما توافقان ممتازان أيضًا من وجهة النظر هذه.
السؤال المفتوح حول المادة المظلمة هو ما إذا كانت الجسيمات التي تتكون منها تفني بعضها البعض. يشير الإبادة إلى ما يحدث عندما يلتقي جسيم من المادة بنظيره من المادة المضادة فيدمر كل منهما الآخر. على سبيل المثال، عندما يلتقي إلكترون مع جسيمه المضاد، البوزيترون، يفنى الجسيمان وتنطلق الطاقة التي تشكلهما في الكون. لقد تم اقتراح أن المادة المظلمة "تقضي على نفسها" في المناسبات النادرة التي تتفاعل فيها مع نفسها.
وقال دي لا توري لوك: "من المتوقع أن تقوم الجسيمات ضعيفة التفاعل (WIMPs) بالإبادة، وتنتج أزواجًا من الجسيمات والجسيمات المضادة بكميات متساوية". "في حين أننا نتوقع إنشاء كميات ضئيلة من الجسيمات المضادة في الوسط بين النجوم من خلال العمليات التي نعرفها، وبما أننا نعلم أن المادة المظلمة تتخلل الكون بأكمله وأن الجسيمات الضخمة الضخمة هي أفضل المرشحين لدينا للمادة المظلمة، يمكننا أن نتوقع كمية وفيرة من الجسيمات المضادة التي تم إنشاؤها في المجرة بواسطة هذه الجسيمات الضخمة.
يوضح الرسم البياني النسبة بين المادة المظلمة والمادة "اليومية" التي تشكل النجوم والكواكب والقطط. (الصورة: روبرت ليا (تم الإنشاء باستخدام Canva))
نظر الفريق إلى الهيليوم والجسيمات المضادة للهيليوم في الأشعة الكونية لمحاولة العثور على توقيع إبادة WIMP. مثل ذرات الهيليوم "العادية"، يمكن أن يحتوي مضاد الهليوم على ثلاثة أو أربعة نيوترونات. وهذا يعني أنه متوفر في نظيرين: مضاد الهيليوم-3 ومضاد الهيليوم-4.
وجدت تجربة مطياف ألفا المغناطيسي (AMS) 02 على متن محطة الفضاء الدولية (ISS) مؤخرًا كميات متشابهة جدًا من مضاد الهليوم -3 ومضاد الهيليوم -4 في الأشعة الكونية. يمكن للأشعة الكونية أن تخلق جسيمات مضادة عندما تصطدم وتمر عبر الوسط البينجمي. ومع ذلك، فإن كميات الهيليوم المضاد المكتشفة في الأشعة الكونية أعلى بكثير مما تم التنبؤ به من تقديرات إنتاج مضادات النواة من جسيمات الأشعة الكونية وحدها.
محطة الفضاء الدولية
قام الفريق بفحص ما إذا كانت المادة المظلمة المرشحة لـ WIMP يمكن أن تفسر هذه الوفرة المفرطة في المادة المضادة. ووجدوا أن إبادة WIMP يمكن أن تفسر الوفرة المفرطة لمضاد الهيليوم-3، ولكن ليس الكميات المقاسة لمضاد الهيليوم-4.
"بينما تكشف تنبؤاتنا أنه بناءً على حسابات متفائلة، يمكننا تفسير ملاحظات الهليوم المضاد 3 باستخدام الجسيمات ضعيفة التفاعل (WIMPs) باعتبارها مادة مظلمة، ونتوقع أن تنتج الجسيمات المضادة للهليوم -4 كمية أقل بكثير. وقال دي لا توري لوك: "بعامل أقل بـ 1000، في الواقع، لأنه أثقل من مضاد الهيليوم 3". "لقد وجدنا أن الجسيمات الخاملة (WIMPs) لا يمكنها تفسير هذه الملاحظات بسهولة، ولحل هذا اللغز سنحتاج إلى نماذج أكثر غرابة للمادة المظلمة."
في حين أن هذا قد يبدو في البداية بمثابة أخبار سيئة، إلا أن النظرة إلى الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs) باعتبارها "جسيمات معجزة" تلبي جميع متطلبات المادة المظلمة أدت إلى التخلي فعليًا عن العديد من نماذج الجسيمات الأخرى.
قد تعود الآن بعض بدائل الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs) إلى الطاولة مرة أخرى، كما قد تكون تفسيرات غير جسيمية، مثل فكرة أن المادة المظلمة قد تكون مكونة من “ثقوب سوداء بدائية” بحجم دون الذرة تم إنشاؤها أثناء الانفجار الكبير.
وخلص دي لا توري لوك إلى أنه "إذا كان هذا الإنتاج المضاد للنواة نتيجة لجسيم غير معروف في المجرة، فيجب أن يكون لهذا الجسيم خصائص محددة للغاية لإنتاج الهيليوم المضاد". "إذا وجدنا أن هذا الجسيم يمكنه تفسير جميع ملاحظات المادة المظلمة الحالية وأنه ربما فاتته جميع عمليات البحث الحالية عن جسيمات جديدة في مسرعات الجسيمات، فسيكون مرشحًا رائعًا للمادة المظلمة، ويمكن أن يكون اكتشاف الهيليوم المضاد هو طريقنا الوحيد." للتحقيق فيه."
لذا فإن النظرية الأساسية للكون تخاطر بالتغيير بشكل عميق مما يؤدي إلى اختفاء WIMP، ولكنها تعيد الثقوب السوداء الصغيرة إلى الرواج كتفسير للمادة المظلمة.
بفضل قناة Telegram الخاصة بنا، يمكنك البقاء على اطلاع دائم بما يتم نشره من مقالات السيناريوهات الاقتصادية الجديدة.
المقال الوفرة المفرطة للمادة المضادة تغير مفهوم المادة المظلمة التي تشكل 85٪ من الكون تأتي من السيناريوهات الاقتصادية .