یزدفردا
پایگاه خبری و تحلیلی
دانشمندان احتمالاً نخستین نشانههای ذره ماده تاریک را کشف کردند
یزدفردا؛ پژوهشگران احتمالاً نخستین نشانههای یک ذره ماده تاریک (Dark Matter) را پیدا کردهاند؛ اتفاقی که اگر درستی آن به اثبات برسد، به یکی از بزرگترین و ماندگارترین دستاوردهای تاریخ فیزیک تبدیل خواهد شد.
به گزارش پایگاه خبری یزدفردا؛ ماده تاریک نزدیک به ۸۵ درصد از کل ماده جهان را تشکیل میدهد، اما فیزیکدانان دهههاست که نمیدانند جنس آن دقیقاً از چیست. نظریههای مختلفی از ذرات و نیروهای ناشناخته گرفته تا رفتار عجیب نیروی جاذبه مطرح شده بود، اما مهمترین فرضیه دانشمندان، وجود ذرهای به نام «ویمپ» است که برهمکنش بسیار ضعیفی با مواد دارد. سالها ساخت آشکارسازهای بسیار نیرومند و بینتیجه ماندن جستجوها برای یافتن این ذرات، سبب شده بود بسیاری از کارشناسان به وجود ویمپها شک کنند و به سراغ ایدههای عجیبتری بروند.
اکنون به نظر میرسد این دوره از شک و تردید رو به پایان است. بررسی دقیقتر اطلاعات بهدستآمده از آزمایش LUX-ZEPLIN (یا به اختصار LZ) در ایالت داکوتای جنوبی، ذرهای واحد را آشکار کرده که شاید نخستین ویمپ مشاهدهشده در تاریخ باشد. «جیجی فن» از دانشگاه براون در رود آیلند که خود عضوی از این تیم نبوده، این نتیجه را بسیار هیجانانگیز میداند؛ زیرا به جای نشان دادن مواردی که ماده تاریک نیستند، یک نشانه مثبت و عینی از ماهیت واقعی آن پیش روی ما میگذارد.
آزمایش لوکس-زپلین برای به دام انداختن ماده تاریک از یک مخزن بزرگ ۷ تنی حاوی گاز مایعشده زنون استفاده میکند. برای آنکه امواج و ذرات متفرقه محیطی، مزاحمتی برای آزمایش ایجاد نکنند، این تانک با لایههای محافظتی ضخیم پوشانده شده و در عمق بیش از یک کیلومتری زیر زمین قرار گرفته است. کارکرد سیستم به این صورت است که هرگاه یک ذره ناشناخته از بیرون با اتم زنون برخورد کند، جرقهای بسیار ناچیز از نور به وجود میآید. سپس حسگرهای دقیق اطراف مخزن این نور را ثبت میکنند و دانشمندان براساس مشخصات آن، مسیر حرکت ذره و میزان انرژی برخوردش را بازسازی میکنند.
شکار احتمالی ذره ماده تاریک در آزمایشگاه
به گفته «ریچارد گیتسکل»، سخنگوی آزمایش لوکس-زپلین از دانشگاه براون، فیزیکدانها همواره به دنبال برخوردهایی با انرژی ملایم یعنی زیر ۳۰ کیلوالکترونولت (keV) بودهاند. در این حالت ساده، تصور میشد ذره ماده تاریک مانند یک توپ فقط به یکی از اجزای هسته اتم زنون (پروتون یا نوترون) برخورد میکند و برمیگردد. اما پژوهشگران پس از آنکه در این دامنه هیچ اثری پیدا نکردند، دست به بررسی دوباره دادههای ۲۲۰ روز اول آزمایش زدند تا این بار برخوردهای با انرژیهای بسیار بالاتر را بررسی کنند.
همین تصمیم هوشمندانه باعث شد کاندیدای ماده تاریک در محدوده انرژی نزدیک به ۲۴۸ کیلوالکترونولت کشف شود. گیتسکل اشاره میکند که نباید فرض کنیم طبیعت همیشه سادهترین راه را انتخاب میکند، زیرا جهان لزوماً طبق سادهترین تصورات ما رفتار نمیکند. چنین انرژی بالایی نشان میدهد ماجرا یک برخورد ساده نبوده؛ بلکه ذره ویمپ با کل هسته اتم زنون ارتباطی پیچیدهتر برقرار کرده است. اگر این فرض درست باشد، این ذره باید بسیار سنگین باشد و جرمی بیش از ۲۰۰ برابر یک پروتون داشته باشد.
«ویک هکستون» از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی معتقد است پژوهشگران علاوهبر مشاهده ردپا، سرنخی از نحوه رخ دادن این پدیده را هم به دست آوردهاند که در صورت تأیید نهایی، مسیر یادگیری بشر را به شکل جهشی به پیش خواهد راند. رصد قطعی ماده تاریک میتواند پرده از عمیقترین اسرار کیهان از جمله روزگار آغازین پیدایش جهان بردارد و مدل استاندارد فیزیک ذرات را دگرگون کند.
بااینحال، این نتیجه هنوز ۱۰۰ درصد قطعی نیست. در دنیای فیزیک، برای آنکه یک رویداد به عنوان یک کشف حتمی پذیرفته شود، باید به سطح اطمینان آماری «۵ سیگما» برسد؛ یعنی احتمال خطای تصادفی در آن کمتر از یک در ۳.۵ میلیون باشد. اما یافته کنونی لوکس-زپلین در سطح ۲٫۶ سیگما قرار دارد؛ یعنی شانس تصادفی یا ساختگی بودن این سیگنال یک در ۲۰۰ است. هرچند این نسبت امیدبخش است، ولی در دنیای فیزیک ذرات که آزمایشها مدام تکرار میشوند، احتمال یک در ۲۰۰ شانس کمی برای بروز خطا به حساب نمیآید. باوجوداین، دانشمندان اکنون دقیقاً میدانند باید چه نقطهای را آزمایش کنند.