نظرية جديدة قد تقود إلى سماع صدى جسيمات المادة المظلمة

بديهية الأكسيون

على الرغم من تنامي فهمنا للكون خلال العقد الأخير ما زلنا غير مدركين للخيوط التي تغزل نسيج الفضاء بين النجمي، وعلينا فهم المادة التي تكون 25-27%من الكتلة والطاقة في الكون المنظور و800% من الجاذبية فيه. ويرى العلماء أن هذه المادة المظلمة تتكون من جسيمات ما زالت غير مرصودة أو معلومة للبشر. لكن بعض العلماء وضعوا نموذجًا حديثًا يساعد في فهم هذه الجسيمات وربما سماعها أيضًا.

انقر هنا لاستعراض الإنفوجرافيك الكامل

تدعى هذه الجسيمات بالأكسيونات. وهي جسيمات تحت ذرية افتراضية، خفيفة جدًا وعديمة الشحنةالكهربائية. حيّرت هذه الجسيمات العلماء لأكثر من أربعين سنة حتى اليوم، إلى أن اقترح باحثون منمعهد بيريميتر للفيزياء النظرية حلاًّ قد يشرح ماهية  هذه الجسيمات ويحدد موقعها.

جمع الفريق المبادئ والأشياء الأكثر غرابة في الفيزياء مثل الثقوب السوداء والموجات الثقالية والمادة المظلمة كي يصل إلى هذه النظرية. وقالماشا باريختار لموقع غيزمودو «الفكرة الأساسية هي  أننا نحاول الاستفادة من الثقوب السوداء، وهي أكثر الأشياء المعلومة كثافة في الكون، كي نبحث عن أنواع جديدة من الجسيمات.»

بدء الرصد والاستماع

أدى اكتشاف الموجات الثقالية وإثبات وجودها في العام 20166، إلى الوصول إلى النتائج التي نتحدث عنها في هذه المقالة، فتلك الموجات الثقالية كانت جزءًا أصيلاً من نظرية النسبية العامة لآينشتاين. وتسهم النظرية التي نشرها باريختار وزملاؤه في مجلة (فيزيكال ريفيو دي) في فهم الثقوب السوداء والأكسيونات اقتداء بنموذج «ذرة الجاذبية.»

في هذا النموذج، تشبه الثقوب السوداء الذرة وتشبه الأكسيونات الإلكترونات حولها. وتتفاعل الذرات وإلكتروناتها معًا من خلال القوى الكهرومغناطيسية، وفي المقابل تتفاعل الأكسيونات مع الثقوب السوداء من خلال قوى الجاذبية. وعندما تقفز الأكسيونات حول الثقب الأسود فإنها تكسب وتخسر الطاقة فتتحرر الموجات الثقالية نتيجة لذلك. وعندما يدور الثقب الأسود في مداره، فإنه يشحن الفضاء من حوله وينتج مزيدًا من الأكسيونات عبر ما يعرف بتأثير التألقالفائق. وينتج هذا الحدث 10^80 أكسيون، أي ما يساوي عدد الذرات في الكون كاملًا.

ويرى الباحثون أن وفرة هذه الأكسيونات تتيح سماع همهمة الموجات الثقالية الناتجة عن هذا النظام الشبيه بالذرة لنظام الثقب الأسود وأكسيوناته. وقال باريختار لموقع غيزمودو «تستطيع رصد هذه النتائج عند تردد معين لهذه الموجات، ويُقَدَّر هذا التردد بضعف كتلة الأكسيون.» ولرصد هذه النتائج، يعتمد العلماء على الأدوات والأجهزة التي ساهمت باكتشاف الموجات الثقالية، وهي كواشف ضخمةتدعى مرصد الموجات الثقالية بالتداخل الليزري (ليغو)

ويعمل العلماء على إعادة ضبط هذه الأجهزة لتكشف عن الأكسيونات. ويقول باريختار «اعتمادًا على دقة هذه الأجهزة وحساسيتها، نحن على وشك إثبات وجود الأكسيون، وسيستمر مرصد ليغو بتحسين أجهزته، وعندما يصل إلى عتبة الحساسية المطلوبة سنتمكن من رصد آلاف الإشارات من هذه الأكسيونات.»

ما زالت هذه النتائج مجرد نظرية لا أدلة عملية عليها، وعلم الفيزياء النظرية من أصعب مجالات العمل، إلا أن الأدوات المتقدمة في مرصد ليغو تساعدنا في فهم الفضاء المجهول خارج عالمنا. وكما ساعدت هذه الأدوات في رصد الموجات الثقالية وإثبات وجودها بعد أن كانت مجرد نظرية سابقًا، قد تساعدنا قريبًا في رصد جسيمات نظرية مثل الأكسيون. ويبدو أننا بعد هذه الإنجازات سندخل حقبة جديدة في الفيزياء وفهم أسرار الكون.