يقترح نموذج نظري جديد أن هندسة بُعد إضافي مضغوط تحدد بشكل طبيعي نسبة كتلة جسيم المادة المظلمة إلى كتلة الفوتون المظلم. وقد يفسر الرنين الناتج كيف وُجدت المادة المظلمة بتفاعل أقوى في الكون المبكر، بينما يصعب رصدها اليوم.
المادة المظلمة يُقدّم هذا أحد التفسيرات الرئيسية لحركة النجوم في المجرات، وتطور تجمعات المجرات، والبنية الكونية واسعة النطاق. تأثيره الجاذبي موثق جيدًا، لكن لم تُجرَ أي تجربة حتى الآن لتحديد الجسيم أو الجسيمات التي يتكون منها بشكل مباشر.
يقترح الفيزيائيان تايغوو لي من جامعة إنديانا ويو-داي تساي، الباحث في جامعة شيفيلد، أن إحدى خصائص المادة المظلمة الغامضة قد تنبع من هندسة بُعد مكاني خامس لا يمكننا رؤيته. وقد نُشر نموذجهما النظري في مجلة Physical Review D. ([journals.aps.org][1])
هذا لا يعني أن الباحثين قد اكتشفوا البعد الخامس أو أثبتوا أن المادة المظلمة كامنة بداخلها. لقد بنوا إطارًا رياضيًا تُحدد فيه الجسيمات القطاع المظلم تتحرك الجسيمات أيضًا في بُعد إضافي مضغوط، بينما تقتصر الجسيمات المعروفة من النموذج القياسي على أبعاد الزمكان الأربعة المعروفة لدينا. يُظهر النموذج أن بنية البُعد الإضافي يُمكن أن تُنتج بشكل طبيعي نسبة كتلة خاصة بين جسيم المادة المظلمة والجسيم الحامل للقوة المعروف باسم فوتون أبل([arXiv][2])
بُعد آخر لا نراه
في حياتنا اليومية، نألف ثلاثة أبعاد للمكان وبُعدًا واحدًا للزمان. وقد أشارت نظريات فيزيائية مختلفة إلى وجود أبعاد مكانية إضافية، لكنها شديدة التكدس ومضغوطة على نطاق صغير جدًا بحيث لا يمكننا ملاحظتها مباشرة.
هذه الفكرة مرتبطة بـنظريات كلوتزا-كلاينفي هذه الحالة، يظهر حقل أو جسيم يتحرك في بُعد إضافي للمراقب في أربعة أبعاد كسلسلة من الجسيمات ذات كتل مختلفة. تُسمى هذه الأنماط بأنماط كلوتز-كلاين. لا تُحدد الكتل بشكل اعتباطي، بل تعتمد على حجم البُعد الإضافي والشروط الحدية المفروضة عليه.
استكشف لي وتساي بُعدًا خامسًا ببنية رياضية تُسمى المدار المتشعب. في نموذجهما، يتحرك جسيم المادة المظلمة الفرميوني والفوتون المظلم في هذا البُعد. وتؤدي الشروط الحدية إلى ظهور أنماط معينة من الجسيمات دون غيرها، مما يُنشئ علاقة طبيعية بين كتلة الفوتون المظلم وضعف كتلة جسيم المادة المظلمة. ([arXiv][2])
لماذا تعتبر نسبة الكتلة مهمة؟
عندما تقترب كتلة جسيم وسيط من الطاقة الكلية لجسيمين يلتقيان، يمكن أن يزداد معدل التفاعل بينهما بشكل كبير. تُسمى هذه الظاهرة صدىيشبه إلى حد كبير وترًا أو تجويفًا رنينيًا يستجيب بشدة عالية بشكل خاص للتردد المناسب له.
في نماذج المادة المظلمة، قد يزيد الرنين من معدل الفناء المتبادل لجسيمات المادة المظلمة في الكون المبكر. لهذه العملية أهمية بالغة: فعندما كان الكون حارًا وكثيفًا، كانت جسيمات المادة المظلمة تُخلق وتُفنى باستمرار. ومع تمدد الكون وبرودته، تباطأ معدل التفاعلات، وبقيت بعض المادة المظلمة كبقايا حتى يومنا هذا.
استخدمت النماذج السابقة الرنين للحصول على الكمية المناسبة من المادة المظلمة، ولكن في بعض الأحيان يتطلب الأمر ضبط كتل الجسيمات بدقة متناهية. فقد يؤدي أي تغيير طفيف في الكتلة إلى خروج النظام عن حالة الرنين وتغيير النتيجة. في النموذج الجديد، لا تُعد نسبة الكتلة مجرد افتراض، بل هي ناتجة عن بنية البعد الخامس وسلسلة أنماط كلوتزا-كلاين. ([sheffield.ac.uk][3])
بحسب تساي، تكمن أهمية هذا العمل في اقتراح مصدر أعمق للرنين. فبدلاً من "ترتيب" كتل الجسيمات يدوياً لتتوافق مع بعضها البعض، فإن هندسة وشروط حدود البعد الإضافي تجعلها بشكل طبيعي في التقارب المطلوب.
نشط في الماضي، مراوغ في الحاضر
قد يسمح الرنين للمادة المظلمة بالتفاعل بشكلٍ كبير في أوقاتٍ معينة من الكون المبكر، كما يفسر سبب ظهورها شبه غير متأثرة اليوم. في الكون الحالي، تتحرك جسيمات المادة المظلمة ببطء نسبيًا، ولها كثافة أقل بكثير، ولا تتواجد دائمًا في الظروف الدقيقة التي يكون فيها الرنين في أقوى حالاته.
بالإضافة إلى ذلك، في نموذج الباحثين، يكون الاقتران بين المادة المظلمة والفوتونات المظلمة من النوع المحوري المتجه. هذه الخاصية تُقلل من احتمالية اصطدام جسيم بطيء من المادة المظلمة بإلكترون وإنتاج إشارة في الكاشف. لذلك، ربما كانت التفاعلات قوية بما يكفي للتأثير على تطور المادة المظلمة في الماضي، لكنها ضعيفة للغاية في تجارب الكشف المباشر الجارية حاليًا. ([arXiv][2])
الفوتون المظلم نفسه جسيم افتراضي. وكما يحمل الفوتون العادي القوة الكهرومغناطيسية، قد يحمل الفوتون المظلم القوة التي تعمل بين الجسيمات في القطاع المظلم. وقد يتفاعل بشكل ضعيف مع الفوتون العادي، مما يخلق صلة ضئيلة ولكن قابلة للاختبار بين القطاع المظلم والمادة العادية.
يوفر النموذج أهدافًا للتجارب
قام الباحثون بحساب نطاقات الكتلة وقوة التفاعل التي قد توجد فيها جسيمات المادة المظلمة الموصوفة في النموذج. وركزوا، من بين أمور أخرى، على المادة المظلمة الخفيفة التي تقل كتلتها عن جيجا إلكترون فولت - أي أقل تقريبًا من كتلة البروتون.
بحسب حساباتهم، يمكن اختبار بعض نطاقات المعلمات في أجيال مستقبلية من التجارب الحساسة لتصادمات المادة المظلمة مع الإلكترونات. ومن بين المرافق التي نوقشت في الدراسة: أوسكورا، وداميك-إم، وسينسي، وسوبر سي دي إم إس-سنولاب، وكواشف مستقبلية تعتمد على الهيليوم فائق الميوعة. كما قد تُسهم تجارب المسرعات، بما فيها بيل 2، وإن إيه 64، وإل دي إم إكس، في فرض قيود على النموذج أو الكشف عن إشارات تتوافق معه. ([arXiv][2])
قد يكون للرنين دلالة أخرى: إذ يُمكنه زيادة التصادمات بين جسيمات المادة المظلمة نفسها. وقد طُرحت المادة المظلمة ذاتية التفاعل كحلٍّ محتمل لبعض الفجوات بين محاكاة هالات المادة المظلمة والبنى المرصودة في المجرات الصغيرة. مع ذلك، لا تُثبت الدراسة الحالية أن النموذج يحل هذه الفجوات بالفعل، بل تُشير إلى مجال آخر للبحث النظري والتجريبي.
فرضية قابلة للاختبار - وليست اكتشافًا
لا يُشير النموذج إلى أن المادة المظلمة تقع في بُعد خامس، كما أنه لا يُقدّم دليلاً تجريبياً على وجود هذا البُعد. ولكنه يُبيّن أن بُعداً إضافياً من نوعٍ ما قد يُحلّ بشكلٍ طبيعي مشكلة الضبط التي ظهرت في النماذج السابقة للمادة المظلمة الرنانة.
تعتمد قوة هذه الفكرة الآن على القدرة على استخلاص تنبؤات منها تميزها عن النماذج الأخرى. فإذا رصدت تجارب المادة المظلمة الخفيفة أو مسرعات الجسيمات إشارات ضمن نطاق المعلمات التي حسبها الباحثون، فسيكون من الضروري التحقق مما إذا كانت هذه الإشارات تتوافق مع نظام يتضمن فوتونًا مظلمًا وأنماط كلوتز-كلاين. من جهة أخرى، قد تُضيّق النتائج السلبية الأكثر حساسية نطاق الاحتمالات، بل وتستبعد حتى بعض متغيرات النموذج.
لا يزال البعد الخامس مجرد بناء نظري في الوقت الراهن. ومع ذلك، يُظهر البحث كيف يمكن لهندسة الأبعاد غير المرئية أن تترك بصمة تجريبية في العالم رباعي الأبعاد الذي نعرفه.
-
المصدر والمقال الأصلي
- المقال المنشور في مجلة Physical Review D: المادة المظلمة ذات الرنين الطبيعي من الأبعاد الإضافية
- النسخة المفتوحة من المقال متاحة على موقع arXiv
- بيان جامعة شيفيلد بشأن البحث
שאלות ותשובות
هل اكتشف الباحثون بُعدًا خامسًا؟ لا. لقد طوروا نموذجًا نظريًا حيث يخلق البعد الخامس المضغوط بشكل طبيعي نسبة كتلة خاصة بين جسيم المادة المظلمة والفوتون المظلم.
ما هو رنين المادة المظلمة؟ هذا وضع تعمل فيه نسبة كتل الجسيمات على تعزيز تفاعلات معينة بشكل كبير، على غرار نظام يستجيب بقوة لتردده الرنيني.
ما هو الفوتون المظلم؟ جسيم افتراضي قد يحمل القوة بين جسيمات المادة المظلمة. وهو يختلف عن الفوتون العادي، وقد يكون له كتلة ويتفاعل بشكل ضعيف للغاية مع المادة العادية.
هل من الممكن اختبار النموذج تجريبياً؟ نعم. تقدم الورقة البحثية مجالات الكتلة وقوة التفاعل التي قد تختبرها تجارب الكشف المباشر المستقبلية ومسرعات الجسيمات.
المزيد عن هذا الموضوع على موقع العلوم
- باحثون من ألمانيا: تفسير المادة المظلمة ومشكلة التسلسل الهرمي باستخدام بُعد إضافي
- يشير بحث جديد إلى أن المادة المظلمة قد تكون مكونة من فوتونات مظلمة
- يشير نموذج جديد إلى أن المادة المظلمة لا تتكون من نوع واحد من الجسيمات
- إنجازٌ هام في البحث عن المادة المظلمة الخفيفة: مشروع QROCODILE يضع معياراً جديداً للحساسية
- هل يأتي التوهج الغامض في مركز مجرة درب التبانة فعلاً من المادة المظلمة؟
للاطلاع على النسخة الأصلية المنشورة: فتح المنشور الأصلي
تعليقات 3
لا شك لدي في أن البحث عن البعد الخامس ينبع من
انطلاقاً مما يحدث فعلاً في العالم
كما نعلم، نحن نقترب أكثر فأكثر من مجيء المسيح.
ومن المعروف أن هناك خمسة مستويات
ثلاثة ضد
الروح، النفس، الروح، وهو عكس الأبعاد الثلاثة التي اعتدنا عليها
حتى البعد الثالث يتعارض مع الفضاء ثلاثي الأبعاد الذي كان سائداً بشكل رئيسي في عصر الأخوين رايت، والغواصات هي بُعد الفضاء الذي كان سائداً في العالم.
ثم نأتي إلى البعد الرابع، وهو عكس الضوء الشامل، كما تقول الكابالا، وهو بعد الزمن.
أي أنه بينما يرتقي العالم في الروحانية، فإنه ينحدر أيضاً في المادية.
والآن، ونحن نقترب جداً من ظهور المسيح الملك، فإننا نتعامل مع بُعد خامس، وهو أيضاً، من منظور الكابالا، درجة من الاختفاء.
إنها درجة باطنية التاج بالمعنى القديم، وهذا يتعارض مع درجة الوحدة.
والانخراط تحديداً في البحث عن هذا البعد هو ما سيقود معظم العلماء إلى فهم أن هناك خالقاً للعالم.
هذا هو مستوى الوحدة.
وهي الخامسة.
وسيكون مشروعاً تجارياً عالمياً.
تُحقق نظرية الكم نجاحًا ملحوظًا في الوقت الراهن، سواءً من حيث قدرتها التنبؤية في التجارب أو من حيث تطبيقاتها التكنولوجية، كما يتضح من كتاب "النظرية الغريبة للضوء والمادة". يمكنك العمل على نظرية بديلة، لتكون بذلك الخطوة الأولى نحو تحقيق إنجازات النظرية القائمة.
كلما تعمق العلم في نظرية خاطئة، كلما ابتكر حلولاً مؤقتة لما لا يستطيع تفسيره.
الحقيقة ليست ببعيدة، فكل من يستخدم عقله ويوحد الدراسات المختلفة سيدرك أنه يجب علينا التخلي عن نظرية الجسيمات والكم والأوتار، والتفكير بطريقة مختلفة. أعمل حاليًا على بحثٍ يمتد لأكثر من ستة أشهر، سيُحدث تغييرًا جذريًا في الفيزياء والكيمياء وهندسة المواد وهندسة الأغذية والطب، وغيرها الكثير... وهذا بفضل مختبر العقل، أفضل أداة مُنحت للإنسان، وليس بفضل مسرعات الكم التي تُفجّر المحار في البحر لرؤية شيء يتلاشى في جزء من الثانية، ولا بفضل غمر المواد في الماء أو المركبات المعقدة. ببساطة، باتباع المنطق الهندسي - وقد نجح الأمر!