أعلن العلماء في مختبر بريميلاب عن بداية عملية ستؤدي إلى اكتشاف المادة المظلمة وربما حتى التناظر الفائق
بمساعدة أجهزة كشف عند درجات حرارة قريبة جدًا من الصفر المطلق عند نقطة مراقبة على بعد نصف ميل تحت الأرض، أعلن فيزيائيون من "البحث عن المادة المظلمة المبردة" اليوم (الثاني عشر من نوفمبر عام 2003) عن بداية بحث قد يحل لغزين قد يحلان لغزين قد يحلان لغزين: وسيتم الكشف عن الأمر نفسه: جوهر المادة المظلمة الموجودة في جميع أنحاء الكون، ومسألة وجود جسيمات فائقة التناظر، والتي تنبأت بها نظرية فيزياء الجسيمات. يأمل العلماء في 2 CDMS، وهي تجربة تديرها إدارة الطاقة في مختبرات فيرمي للتسريع، في اكتشاف WIMPs، وهي جسيمات ضخمة يكون تأثيرها على المادة صغيرًا (Weakly Interacting Massive Particles)، وهي أبرز المرشحين لتفسير المادة المظلمة. قد يتبين أن هذه الجسيمات هي جسيمات نيوترالينو، وهي جسيمات لم يتم اكتشافها بعد والتي تم التنبؤ بوجودها من خلال نظرية التناظر الفائق.
وقال دان أكريب، نائب مدير مشروع 2CDMS في جامعة كيس ويسترن ريسيرف: "يبدو أن هناك سهمًا من فيزياء الجسيمات وسهمًا من علم الكونيات، وكلاهما يشير إلى نفس الاتجاه". "إن اكتشاف النيوترالينوس سيكون إنجازا كبيرا لعلم الكونيات وفيزياء الجسيمات."
تستخدم تجربة CDMS الثانية، وهي نتيجة لتعاون علماء من 2 مؤسسة وبدعم من مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE - وزارة الطاقة) ودعم المؤسسة الوطنية للعلوم، كاشفًا، والذي يقع في أعماق الأرض في منجم الحديد التاريخي في شمال شرق ولاية مينيسوتا. سيبحث المجربون عن الجسيمات ضعيفة التفاعل (WIMPs)، وهي جسيمات أضخم من البروتون، لكن تفاعلها مع المادة ضعيف جدًا لدرجة أن الآلاف منها سوف تمر عبر جسمك في ثانية واحدة دون أن تترك أي أثر.
ومن اللافت للنظر، في هذا النوع من الاندماج الذي يحظى باهتمام الفيزيائيين، أن خصائص المادة الكونية المفقودة تبدو متطابقة مع خصائص النيوترينونات فائقة التناظر.
وقال دان باور من بيرميلاب، مدير مشروع 2CDMS: "إما أنها صدفة كونية، أو أن الكون يحاول أن يخبرنا بشيء ما".
ومن خلال مراقبة دوران المجرات - وكيف تؤثر الجاذبية على النجوم في المجرة - عرف علماء الفلك منذ 70 عاما أن المادة التي نراها لا يمكن أن تشكل كل المادة الموجودة في الكون. لو كانت هذه هي كل المادة الموجودة في الكون بالفعل، لتفككت المجرات. تشير الحسابات الحديثة إلى أن المادة الطبيعية المكونة من ذرات تشكل 4% فقط من محتوى الطاقة في الكون. وتشكل "الطاقة المظلمة" حوالي 73%، ويشكل شكل غير معروف من المادة المظلمة حوالي 23%.
قال ديفيد كالدويل، عالم الفيزياء بجامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا ورئيس اللجنة التنفيذية الثانية لـ CDMS: "يُقال غالبًا إن هذه هي الثورة الكوبرنيكية النهائية". "ليس فقط أننا لسنا في مركز الكون، بل إننا لسنا مصنوعين من نفس المادة التي تتكون منها معظم الكون."
قياسات إشعاع الخلفية الكونية، الإشعاع المتبقي من الانفجار الكبير، وضعت مؤخرًا قيودًا شديدة على طبيعة وكمية المادة المظلمة. لا يمكن للنيوترينو خفيف الوزن أن يمثل سوى نسبة قليلة من الكتلة المفقودة. إذا كان النيوترينو هو المكون الرئيسي للمادة المظلمة، فإنه سيترك بصمته على إشعاع الخلفية الكونية، وبالتالي فإن مسبار ويلكنسون لعدم انتظام الخلفية كان سيكتشفه، لكنه لم يفعل.
وفي الوقت نفسه، واصل علماء فيزياء الجسيمات البحث عن جسيمات تتجاوز النموذج القياسي، ونظرية الجسيمات الأولية وتفاعلاتها. التناظر الفائق، وهي النظرية التي تقربنا من توحيد القوى الأربع، تتنبأ بأن كل جسيم من المادة لديه شريك ضخم فائق التناظر. لم يتنبأ أحد حتى الآن بوجود مثل هذا الجسيم الشريك. تصف النظرية النيوترالينو بأنه أخف جسيم محايد فائق التناظر وأكثرها استقرارًا، وهي خاصية مهمة للمادة المظلمة. إن الوفرة المتوقعة للنيوترينو ومعدل تفاعله مع الجسيمات الأخرى تجعله أيضًا مرشحًا محتملًا للمادة المظلمة، وأشار كالدويل إلى التأثير الذي قد يحدثه نظام CDMS 2.
وقال إن "اكتشاف هذه الجسيمات سيكون بمثابة إنجاز هائل، وواحد من أهم الإنجازات في هذا القرن".
نادرًا ما يضرب جسيم WIMP قلب الأرض، كما أن "ضجيج الخلفية" الناتج عن أحداث الجسيمات الروتينية، مثل الأشعة الكونية التي تقصف الأرض بشكل روتيني، سوف يحجب في الغالب هذه التفاعلات النادرة. موقع كاشف 2 CDMS على عمق 740 مترًا تحت سطح الأرض يخفي معظم "ضوضاء" الجسيمات الصادرة عن الأشعة الكونية. تبريد الكاشف إلى درجة حرارة حوالي 50 ألف درجة فوق الصفر المطلق يقلل من الطاقة الحرارية في الخلفية ويتيح اكتشاف الاصطدامات الفردية للجزيئات. ويقدر باور من شركة Premilab أنه إذا كان "ضجيج الخلفية" منخفضًا بدرجة كافية، فإن نظام CDMS يحتاج فقط إلى عدد قليل من التفاعلات الفردية لتقديم ادعاء قوي بشأن اكتشاف الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs).
وقال أحد المتحدثين باسم CDMS، برنارد سيدولت من جامعة كاليفورنيا، بيركلي: "إن التكنولوجيا القوية التي نستخدمها تسمح بالتعرف بشكل لا لبس فيه على الأحداث في البلورات الناجمة عن أي شكل غير معروف من المادة".
واتفق متحدث آخر، بلاس كابريرا من جامعة ستانفورد، مع كلمات سيدولت.
وقال كابريرا: "نعتقد أن لدينا أفضل نظام في العالم من حيث القدرة على اكتشاف الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل".
وقال ريموند أورباخ، رئيس مكتب فيزياء الطاقة العالية التابع لوزارة الطاقة الأمريكية: "هذا الجهد هو مثال جيد للتعاون بين مكتب فيزياء الطاقة العالية التابع لوزارة الطاقة والمؤسسة الوطنية للعلوم في محاولة مساعدة العلماء في العثور على مصدر المادة المظلمة في الكون". عن العلم.
وقال مايكل تورنر، المدير المساعد للعلوم الرياضية والفيزيائية في مؤسسة العلوم الوطنية: "إن 2 CDMS هو نوع من الأبحاث المبتكرة والرائدة التي تفخر مؤسسة العلوم الوطنية بدعمها". "إذا اكتشفت التجربة إشارة، فقد تخبرنا ما هي المادة المظلمة وتزودنا بدليل مهم حول كيفية تكامل الجاذبية مع القوى الأخرى. يوضح هذا النوع من التجارب كيف يمكن استخدام الكون كمختبر للحصول على إجابات لبعض الأسئلة الأساسية التي يمكن أن نطرحها. كما يوضح أيضًا كيفية عمل وزارة الطاقة والمؤسسة الوطنية للعلوم معًا."
بينما يبحث نظام CDMS الثاني عن المادة المظلمة، سيحاول العلماء في مسرع الجسيمات تيفاترون في بارالاب إنشاء النيوترالينات عن طريق التسبب في تصادمات بين البروتونات والبروتونات المضادة.
وقال روجر ديكسون من باراميلاب: "يمكن لنظام CDMS أن يمنحنا كتلة ومعدل تفاعلات WIMP". "لكن هناك حاجة إلى مسرع ليخبرنا ما إذا كان هذا هو النيوترالينو."
2 من المتعاونين مع نظام CDMS هم جامعة براون، وجامعة كيس ويسترن ريزيرف، ومختبرات فيرمي الوطنية للتسريع، ومختبرات لورانس بيركلي الوطنية للتسريع، والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، وجامعة برينستون، وجامعة سانتا كلارا، وجامعة ستانفورد، وجامعة كاليفورنيا في بيركلي، وجامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا، وجامعة كولورادو. في دنفر، وجامعة مينيسوتا.
ويأتي تمويل تجربة CDMS 2 من مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، وقسم الطاقة وعلم الفلك التابع لمؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية.
بيرميلاب هو مختبر وطني، ممول من قبل مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية وتديره جمعية الأبحاث الجامعية.
رابط للرسالة الأصلية على موقع Permilab
رابط إلى معلومات حول تجربة CDMS الثانية
رابط إلى الصفحة الرئيسية لنظام CDMS
من بيان صحفي نيابة عن Permilab. ترجمة: ديكلا أورين
