فيزيائيون يكتشفون أول دليل مباشر على "جزيئات افتراضية وغامضة"

واقترح الفيزيائيون المنظرون أولا وجود الأكسيونات في السبعينيات، من أجل حل المشاكل في الرياضيات التي تحكم القوة الهائلة، التي تربط الجسيمات المسماة "كواركز" معا. ولكن الأكسيونات أصبحت منذ ذلك الحين تفسيرا شائعا للمادة المظلمة- المادة الغامضة التي تشكل 85٪ من كتلة الكون، ولا ينبعث منها أي ضوء.

وإذا تم تأكيد ذلك، فليس من المؤكد بعد ما إذا كانت هذه المحاور ستصلح بالفعل عدم التماثل في القوة الهائلة. وقال كاي مارتينز، الفيزيائي بجامعة طوكيو، الذي اشتغل على التجربة، إنها لن تفسر معظم الكتلة المفقودة في الكون. وهذه المحاور، التي يبدو أنها تتدفق من الشمس، لا تعمل مثل "المادة المظلمة الباردة" التي يعتقد الفيزيائيون أنها تملأ الهالات حول المجرات. وستكون جزيئات ظهرت حديثا داخل الشمس، بينما يبدو أن الجزء الأكبر من المادة المظلمة الباردة موجود دون تغيير لمليارات السنين منذ الكون المبكر.

وعلى الرغم من العمل طيلة عامين في جمع البيانات، ما تزال الإشارة ضعيفة مقارنة بما تتطلبه الفيزياء للإعلان عن اكتشاف جسيم جديد. ومع مرور الوقت، مع وصول المزيد من البيانات، قال مارتينز، ما يزال من الممكن أن تتلاشى أدلة الإشارة إلى لا شيء.

ومع ذلك، يبدو أنه كانت هناك إشارة. وظهرت في خزان تحت الأرض مظلم من 3.5 طن (3.2 طن متري) من الزينون السائل - تجربة XENON1T القائمة في مختبر غران ساسو الوطني في إيطاليا. ويمكن أن يفسر تأثيران ماديان آخران على الأقل بيانات XENON1T. ومع ذلك، اختبر الباحثون العديد من النظريات ووجدوا أن المحاور المتدفقة خارج الشمس هي التفسير الأكثر احتمالا لنتائجها.

إقرأ المزيد

لأول مرة.. رواد المحطة الدولية ينشئون الحالة الخامسة من المادة في الفضاء

ولم يقم الفيزيائيون الذين لم يشاركوا في التجربة بمراجعة البيانات اعتبارا من الإعلان يوم 17 يونيو. وتم إطلاع الصحفيين على النتائج قبل الإعلان، ولكن لم توفر البيانات والورقة البحثية للاكتشاف.

وشارك "لايف ساينس" البيان الصحفي لتعاون XENON مع اثنين من خبراء "الأكسيون".

ويراقب تعاون XENON ومضات صغيرة من الضوء في خزانات "زينون" المعزولة المظلمة. وفقط حفنة من الجسيمات (بما في ذلك المادة المظلمة) قد تشق طريقها إلى الخزان وتتصادم مع الذرات في السائل الموجود داخلها، ما يحفز تلك الومضات. ويسهل تفسير معظم هذه الومضات ونتائج التفاعلات، مع علماء الجسيمات التي يعرفها علماء الفيزياء بالفعل.

وعلى الرغم من التدريع تحت الأرض للمختبر، فإن جميع أنواع الجسيمات تشق طريقها إلى هناك وتمثل معظم ما تراه كاشفات XENON. ويبحث خبراء XENON عن ومضات "زائدة"، أكثر مما تتوقعه بناء على فيزياء الجسيمات المعروفة، والتي قد توحي بوجود جسيمات جديدة.

وهذه هي المرة الأولى التي يكتشف فيها كاشف XENON بالفعل فائضا، وهو ارتفاع في النشاط في نطاق منخفض الطاقة يتطابق مع ما يتوقعه الفيزيائيون في حالة وجود محاور شمسية.

وحتى الآن، استبعدت نتائج XENON جزئيا نوعا آخر من مرشح المادة المظلمة، وهو "الجسيمات الضخمة التي تتفاعل بشكل ضعيف" (WIMPS). ولم تكتشف ومضات كافية على مستويات الطاقة التي تنتجها معظم WIMPs لدعم وجودها، واستبعدت فعليا معظم الأنواع الممكنة من WIMP. لكن التجارب لم تظهر أي دليل على جسيمات جديدة من قبل.

وإذا تم تأكيد ذلك، فإن الكشف المحوري سوف يتناسب تماما مع التطورات الأخيرة في أبحاث المادة المظلمة (بما في ذلك بيانات XENON القديمة)، التي جعلت WIMPs الشائعة في السابق تبدو وكأنها ومضات طويلة.

وكشف خبراء أنه ربما تعثرت بعض المصادر المشعة في أجهزة استشعار XENON1T بطرق تحاكي الأنماط المتوقعة من تفاعل المحاور الشمسية مع الزينون السائل.

وأشاروا إلى أنه كانت هناك ادعاءات غير مؤكدة لاكتشافات جسيمات المادة المظلمة من قبل. ويبدو أن "المحاور الشمسية" التي وجدها XENON لا تمثل المادة المظلمة الباردة الحقيقية (التي كانت ستنشأ في الكون المبكر وستكون "باردة")، بل هي محاور ساخنة تنتج في شمسنا.

وقال مارتينز إن هذا كان صحيحا، ولكن المحاور الشمسية - التي ستظل جزيئات ضخمة ما تزال غير مرئية من قبل في الكون - ستظل تُحسب على أنها مادة مظلمة في كثير من النواحي.

إقرأ المزيد

بعد 100 عام من البحث.. علماء الفيزياء يحققون اكتشافا هاما

وقد تكون هناك آثار غير مكتشفة من التريتيوم المشع (نسخة من الهيدروجين مع نيوترونين) في XENON1T، ما يتسبب في تألق السائل المحيط. وقال مارتينز إن فريق XENON عمل بجد لتجنب هذا النوع من الضجيج منذ البداية. ومع ذلك، قال إن المستويات الصغيرة من التريتيوم المعني هنا سيكون من المستحيل فحصها تماما. ومع تفكيك XENON1T الآن لبناء تجربة مستقبلية أكبر، من المستحيل العودة والتحقق.

وتناسب فرضية التريتيوم البيانات إلى مستوى ثقة 3.2 سيغما. وقال جوي نيلسن، الفيزيائي في جامعة فيلانوفا في بنسلفانيا، والذي لا يشارك في XENON، إنه يتوافق مع نحو 1 من كل 700 فرصة أن التقلبات العشوائية ستنتج الإشارة.

ومن الممكن أيضا أن تتفاعل النيوترينو - وهي جسيمات باهتة ومعروفة من الشمس تتدفق أيضا عبر الأرض - بقوة مع المجالات المغناطيسية أكثر مما هو متوقع. وإذا كان هذا صحيحا، وفقا لبيان من تعاون XENON، يمكن للنيوترينو أن تشرح الإشارة التي يرونها. وكتبوا أن هذه الفرضية تأتي أيضا بمستوى ثقة 3.2 سيغما.

ومع ابتعاد كوكبنا قليلا عن النجم الذي يدور حوله، يجب أن يضعف تيار المحور الشمسي.

ومن المرجح أن يعامل الفيزيائيون نتائج XENON1T على أنها أولية في المستقبل القريب. وقال الفريق إن تجربة XENON القادمة الأكبر حجما والتي تسمى XENONnt، التي لا تزال قيد الإنشاء في إيطاليا، يجب أن تقدم إحصائيات أكثر وضوحا بمجرد اكتمالها. والمزيد من التجارب الجارية أو قيد الإنشاء في الولايات المتحدة والصين ستضيف إلى البيانات الحالية.

وهذه النتائج ما تزال أولية. ومع ذلك، قالت بريسكود وينشتاين، كان هناك الكثير من الضجيج في مجتمع الفيزياء قبل الإعلان.

المصدر: لايف ساينس