بحث جديد عن جسيمات المادة المظلمة المفترضة، والمعروفة باسم "الضعفاء"، يهدف إلى النجاح حيث فشل الآخرون / كلارا موسكوفيتش
تم نشر المقال بموافقة مجلة Scientific American Israel وشبكة Ort Israel
"الآن أو أبدًا": هذه هي حالة النظرية المفضلة لدى الفيزيائيين لتفسير المادة المظلمة، المادة غير المرئية التي، وفقًا لهذه الفرضية، تملأ الكون. يعتقد العديد من علماء الفيزياء أن الجسيمات التي تشكل المادة المظلمة هي "جسيمات ذات كتلة تتفاعل باستخدام القوة النووية الضعيفة"، والمعروفة باسم "WIMPs" باختصار (حرفيًا: "الجسيمات الضخمة المتفاعلة بشكل ضعيف"). تم إطلاق التجربة الأكبر والأكثر حساسية حتى الآن للعثور على الجسيمات الضعيفة، XENON1T، في مارس 2016 في المختبر الوطني الإيطالي في غران ساسو.
يقوم هذا المشروع بتشغيل أحدث كاشف ضمن سلسلة من أجهزة الكشف التي بدأت العمل في الثمانينات، لكن حتى الآن لم يتمكن أي منها من العثور على المادة المظلمة. إذا لم يتم العثور على الجسيمات المراوغة في السنوات المقبلة في تجربة XENON80T، فقد يضطر الفيزيائيون إلى التخلي عن النظرية الرائدة والبحث عن تفسيرات أكثر غرابة. يقول رافائيل لانج، عالم الفيزياء بجامعة بوردو الذي يعمل على هذه التجربة: "إن تأكيد نماذجنا الجيدة أصبح في متناول أيدي XENON1T". "إذا لم نفهم ذلك، فهذا يعني أن أفكارنا خاطئة تمامًا، وعلينا حقًا العودة إلى لوحة الرسم."
فرضية وجود الضعفاء تنبع من التنبؤ بنظرية الأوتار الفائقة. هذا التوسع في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات يثير احتمال أن يكون لكل من الجسيمات الأولية للمادة المعروفة لدينا شريك، جسيم مناظر. من المحتمل أن يكون الزوجان ذوا الكتلة الأقل، ويدعمهما الفيزيائيون على وجه التحديد كمرشحين لجسيمات المادة المظلمة لأن النظرية تتنبأ تلقائيًا بوجودهم بالكمية المقابلة تمامًا لكمية المادة المظلمة التي يعرف الخبراء وجودها بناءً على جاذبيتها. . (تمثل المادة المظلمة، وفقًا للتقديرات، حوالي 84٪ من إجمالي المادة في الكون). وقد تم بالفعل استبعاد العديد من إصدارات الضعفاء بعد أن كشفت عمليات البحث السابقة عنها عن الطين. لكن الباحثين ما زالوا يأملون أن يظهر أحد الخيارات المتبقية في التجربة.
ومنشأة XENON1T مدفونة في كهف على عمق 1,400 متر في سماكة الأرض: خزان أسطواني كبير يحتوي على 3,500 كيلوغرام من الزينون السائل. تبعث هذه المادة الضوء بشكل طبيعي عندما تتحرك ذراتها. ويأمل العلماء أن يتمكنوا من التقاط الحدث النادر الذي يصطدم فيه جسيم المادة المظلمة بنواة الزينون، وهو الاصطدام الذي من شأنه أن يترك إشارة طاقة فريدة. على الرغم من أنه يقال أن المادة المظلمة موجودة في كل مكان، يقال إن حوالي 100,000 جسيم داكن يمر عبر كل سنتيمتر مربع من الفضاء كل ثانية، ولا تتفاعل أبدًا مع المادة العادية وعادةً ما تكشف عن نفسها فقط من خلال الجاذبية (بسبب كتلتها المتراكمة). بعد بحث XENON1T المخطط له لمدة عامين، سيكون اكتشاف 10 جسيمات فقط تبدو مطابقة للخصائص المتوقعة للمادة المظلمة كافيًا ليعلن المجربون عن اكتشافهم.
المشروع الذي تبلغ كلفته 15 مليون دولار، ممول بتعاون 10 دول مختلفة، وسبقته تجربة أخرى أصغر بـ 25 مرة، مما يسمح له بتجاوز عتبة الحساسية للتجربة السابقة خلال يومين من تفعيله . ومن المفترض أيضًا أن تتفوق في غضون أسابيع قليلة على تجربة المادة المظلمة الرائدة اليوم، وهي تجربة الزينون الكبيرة تحت الأرض (LUX) والتي تحتوي على 370 كيلو جرام من الزينون وتم إجراؤها في داكوتا الجنوبية. يقول تيم تيت، المنظر في جامعة كاليفورنيا في إيرفاين، والذي لا يشارك في هذه التجارب: "لن أتفاجأ على الإطلاق إذا تمكن XENON1T من اكتشاف شيء استعصى قليلاً على الجيل السابق من التجارب".
وفي الوقت نفسه، قد تظهر الجسيمات الضعيفة كل يوم في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) بالقرب من جنيف، حيث تصطدم البروتونات مع بعضها البعض بسرعة قريبة من سرعة الضوء، مما يخلق جسيمات جديدة في هذه العملية. بدأ المسرع تشغيله الثاني في عام 2015، بحوالي ضعف الطاقة التي تم تشغيلها في عام 2009، ومن المفترض أن يكون لديه الآن القدرة على إنشاء نفس نطاق التذبذبات التي يجب أن يكون XENON1T قادرًا على اكتشافها.
وإذا لم تظهر أي من هذه التجارب في السنوات المقبلة أي إشارة لوجود جسيمات، فقد يكون الوقت قد حان ليبحث المنظرون عن تفسير آخر للمادة المظلمة. يقول تايت: "من ناحية، نحن نعلم بوجودها، ولكن من ناحية أخرى لا نعرف سوى القليل عنها، لذلك من السهل جدًا التوصل إلى جميع أنواع النظريات". "وإذا لم نراها، فسيصبح من الواضح لنا أن المادة المظلمة أكثر غرابة وإبهارًا مما كنا نخمنه سابقًا."
تعليقات 22
مرحبا بالجميع
أريد أن أفهم ماذا يعني: "النداء الأخير للمادة المظلمة"؟؟ ما هذا يتوسل إليه؟؟
ربما سنجرب أساليب جديدة؟؟، ما رأيك في: "ناسا تطلب من المادة المظلمة أن تظهر نفسها"؟
ربما سنظهر بعض التوتر؟: "دير بلاك، المادة المظلمة، أظهر نفسك! لم يعد الأمر مضحكًا بعد الآن، لقد كنت تلعب الغميضة معنا منذ 80 عامًا، يكفي، إما أن تظهر نفسك أو... سنتوقف عن الحديث عن الحسنات!!".
ربما سنجرب الطريقة الإيجابية؟، "عزيزتي المادة المظلمة، أعطيناك الجرمانيوم، وبنينا لك المسرع الكبير في زيرن، والآن، نطعمك الزينون، وألقينا بك في أعماق المناجم، وما زلت لا تفعل ذلك". 'لا تريد أن تظهر لك؟، لماذا؟؟؟ مممممممممممم!!!؟؟؟”
ربما نرسل لك من هو متأكد من وجودك؟، ألبانزو مثلا؟؟؟، ماذا تقول؟، لن يفيد؟؟؟"
لنفترض أنك تستمتع بإرسالك إلى عالم موازي؟ هل تعلم ماذا تفعل بالطاقة المظلمة؟؟، أنت فقط تدمرها بنصف فيزياء القرن العشرين!!
استنى مش فاهم مش خايف اننا كلنا نتفق مع رأي سابدارمش انك مش موجود؟؟
لذا أتمنى لكم أسبوعًا جيدًا وسعداء بالعودة إلى ساحة المعركة المظلمة.
اسبوع جيد!
يهودا
حياة
يعلم الجميع أنه إذا كانت الأكوان الأخرى لديها القدرة على التأثير على كوننا فهذا هو الدليل الأكثر إقناعا على أنها في نفس الكون.
من يستطيع أن يشرح لي (دون تكهنات وافتراضات) سبب تشتت المادة المظلمة في الفضاء، على الرغم من أن قوة الجاذبية التي تسحبها إلى "الانهيار الكبير" لا تتعارض مع القوى الكهرومغناطيسية التي تخلق ضغط التشتت؟ حتى على المستوى المحلي، بدون التنافر بين الشحنات الكهربائية المتشابهة، هل يجب أن تنهار أي سحابة من المادة المظلمة لتشكل ثقبًا أسود؟ فهل هذا نتيجة للطاقة المظلمة وحدها أم أن التفسير موجود في مبدأ باولي؟ وإذا كان الأمر كذلك، فلماذا يختلف توزيع المادة المظلمة عن توزيع المادة المضيئة؟
جرب المقال في نسخته المجانية:
https://arxiv.org/pdf/astro-ph/0606216v1.pdf
"هل يستطيع موند أن يأخذ رصاصة؟ مقارنات تحليلية لثلاثة غيغاواط. أنجوس. ب. فاميي وه. تشاو (سبتمبر 2006). "هل يستطيع موند أن يأخذ رصاصة؟ مقارنات تحليلية لثلاثة إصدارات من MOND تتجاوز التماثل الكروي”. Mon.Not.Roy.Astron.Soc. ". إذا أسقطت علينا حجرا، ادخل إلى فصل الاستنتاجات في نهاية المقال فقط. ليس لدي المعرفة الكافية للحكم على هذه القضية. في الأساس، من خلال تصفح الإنترنت، من المحتمل أن يكون Albenzo على حق وأن MOND أو تحديث القوة النيوتونية وحده (!) لا يفسر المجموعة النقطية. ويبدو لي أن الأمر يتطلب فحص النظريات البديلة للمادة المظلمة، ولا أعتقد أن هذا سيطيح بنظرية الأوتار.
يوسي،
كيف يتعاملون مع ملاحظات مثل "مجموعة الرصاصة" التي ذكرها ألفانشو سابقًا؟
في رأيي، قد يستحق MOND نظرة جديدة. وفي موقع البروفيسور موتي ميلجروم هناك أوراق بحثية حول الموضوع، وله مقالات في الصحف الشعبية مثل ساينتفيك أمريكان وغيرها من الصحف التي لها صدى.
شكر
إلبينتزو
ولهذا السبب سألت وأكثر من باب الحذر. سنذهب في اتجاه تمرين الفكر. إذا كانت المادة المظلمة موجودة في واحد أو أكثر من الأكوان المتوازية وإذا كانت نقية، فقد يكون من المفيد على الأقل محاولة بناء نماذج. ومن الممكن أيضًا أن تكون قواعد الفيزياء هناك مختلفة عنها هنا. بناء العديد من النماذج، ربما يجب أن تكون جريئًا بعض الشيء. وتمت مراجعة الأبحاث الناتجة. يستحق كل هذا الجهد. في بعض الأحيان بهذه الطريقة يمكنك الوصول إلى رؤى جديدة. ماذا عن القيام بأطروحة أخرى، إذا كان لديك بعض الوقت الحر.
حياة،
لست متأكدا من أنني فهمت. إذا كانت المادة المظلمة ليست هنا بل في عالم موازي، فلماذا نشعر بتأثيرها هنا؟ على الرغم من أنه لم يتم الكشف عن المادة المظلمة مجهريا أبدا، ولكن كما ذكرت ردا على الخصم، هناك ملاحظات لأنظمة يوجد فيها فرق بين مركز الكتلة والمادة المرئية - أي أن هناك شيئا لا يمكن رؤيته لكنه يغير مركز كتلة النظام. إذا كانت المادة المظلمة تتواجد في كون آخر، فكيف تفعل ذلك؟ لست متأكدًا من أنني فهمت، لكن مما فهمته، لا يبدو لي أن الأمر محتمل.
منافسة،
MOND هو بالفعل بديل للنسبية العامة ولا يحتوي على مادة مظلمة. لكن تأييدها بين الفيزيائيين ضئيل للغاية (ويتركز جزء كبير منها في إسرائيل، لذا من الممكن خلق صورة زائفة كما لو أنها أكثر شعبية مما هي عليه في الواقع). هناك بالطبع أسباب كثيرة لذلك، لكن أهمها أنه ببساطة يفشل التجربة. على الرغم من وجود بيانات رصدية يمكنها تفسيرها دون وجود المادة المظلمة، إلا أن هناك أيضًا بعض البيانات التي لا يمكنها ببساطة تفسيرها. المثال الأكثر شهرة هو العنقود الرصاصي، الذي تمت دراسته بعمق وتصويره في كل طيف ممكن تقريبًا، ويمكن رؤيته بأوضح وأدق طريقة أن مركز كتلته بعيد جدًا عن مركز الكتلة المرئي ، أيضًا وفقًا لنموذج MOND. وهذا يعني أنه حتى لو كان MOND صحيحًا، فإن الاستنتاج الذي يخلص إليه حول هذا العنقود هو أنه يحتوي على مادة "غير مرئية" - المادة المظلمة. بالطبع ليس هذا هو المثال الوحيد، ولكن هذا يعتبر المثال الذي قتل MOND أخيرًا في عيون العديد من علماء الفيزياء في هذا المجال. أبعد من ذلك، هناك بالطبع مشاكل نظرية بشكل رئيسي في مجال علم الكونيات.
منافس، على حد علمي، عدد قليل جدًا من الفيزيائيين يتفقون معك بشأن MOND، وخاصة فيما يتعلق بالأناقة. على أية حال، بقدر ما أستطيع أن أحكم، فالبساطة ليست معيارًا مهمًا في الفيزياء المعاصرة. حتى الآن، أي شخص حاول أن يكون بسيطًا فقد أخطأ في البساطة..
إلبينتزو
لدي سؤال لك حول الكتلة المظلمة. وأنا أسأل بطريقة أكثر دقة لأن معرفتي في هذا المجال محدودة للغاية. ربما كنت تبحث عن الكتلة المظلمة في المكان الخطأ؟ إذا كانت هناك بالفعل أكوان متوازية، فلا بد أن تكون لها كتلة أيضًا. ربما الكتلة المفقودة موجودة في هذه الأماكن؟
شكرا.
بالمناسبة، عثرت على نظرية مثيرة للاهتمام تسمى "ديناميكيات نيوتن المنقحة" والتي تقترح تغيير الصيغ الفيزيائية المقبولة من أجل الحصول على تعديل للملاحظات دون الحاجة إلى المادة المظلمة:
"حاليًا، DNM قادر على التنبؤ بالسرعات المقاسة في الملاحظات بشكل أكثر دقة من نظرية المادة المظلمة. على الرغم من ذلك، اليوم هناك أقلية صغيرة فقط من العلماء تدعم الديناميكية حاليًا، ولكن إذا تغير هذا الوضع فلا شك أن هذا سيؤدي إلى ثورة علمية حقيقية، وربما يقوض اتفاقيات القوانين الأخرى في عالم الفيزياء في الوقت الحاضر. ... منذ أن بدأوا بقياس حجم سرعة وانحناء دوران المجرات من أجل مقارنة النظريات المختلفة، فإن نظرية الدينام هي التي تشرح الملاحظات بأبهى وأبسط طريقة. بالمقارنة مع النظريات الأخرى، لدى DYNAM معلمة واحدة يجب إكمالها لكل مجرة على حدة، وهي عامل التحويل من ضوء النجم إلى الكتلة. من ناحية أخرى، تحتاج نظرية المادة المظلمة إلى عاملين لإثبات هذه الحقيقة: كمية المادة المظلمة وكتلتها.
https://he.wikipedia.org/wiki/דינמיקה_ניוטונית_מתוקנת
قليل من النظام: نظرية الأوتار لا علاقة لها بها حقًا. إن WIMP هو نتيجة للتناظر الفائق، والذي يمكن أن يوجد أيضًا بشكل مستقل عن نظرية الأوتار. أي أنه من الممكن أن يكون التناظر الفائق صحيحًا والأوتار ليست كذلك، ومن الممكن أن يكون كلاهما صحيحًا (ما يسمى في المقال "الأوتار الفائقة"). من غير المرجح أن تكون نظرية الأوتار صحيحة وأن التناظر الفائق ليس كذلك (في الواقع، عادةً عندما يقولون "نظرية الأوتار" فإنهم يقصدون الأوتار الفائقة لأن الأوتار التي لا تحتوي على تناظر فائق ليس لها أي معنى - فهي غير قادرة على وصف أشياء كثيرة في عالمنا).
إن عدم العثور على الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs) لن يدحض التناظر الفائق، لأنه لا يتنبأ بالضبط بالمجال الذي يمكن العثور عليها فيه. من الممكن "التلاعب" بمعايير النظرية وإنتاج نظرية مماثلة فقط حيث تكون WIMPs أكثر ضخامة ويصعب اكتشافها. ولا ينبغي أن يأتي التفنيد إلا من تجربة تبين بشكل إيجابي عدم صحة بعض المسندات، وليس من عدم القدرة على العثور على هذا الجسيم أو ذاك. ولكن على الرغم من أن ذلك لن يدحض ذلك، إلا أن النظريات في الفيزياء لها مدة صلاحية، وإذا لم يؤدي شيء ما إلى نتائج لفترة كافية، يبدأ الناس في البحث عن تفسير آخر. لست متأكدًا بالضبط متى سيحدث هذا للتناظر الفائق، لأنه ضروري لنظرية الأوتار (كما قلنا، بدونها لا تعمل نظرية الأوتار حقًا) ونظرية الأوتار - على الرغم من عدم وجود دليل رصدي لها - شديدة جدًا قوي من الناحية النظرية وهو المجال الذي يعلق فيه معظم الفيزيائيين اليوم آمالهم على المستقبل لقد حققت إنجازات مذهلة (نظرية فقط، لسوء الحظ) لا تقترب منها أي نظرية أخرى، وبدون التناظر الفائق فإنها تذهب سدى بشكل أو بآخر. لذلك، وبشكل غير مباشر، فإن قوتها كنظرية تحل الكثير والكثير من المشاكل النظرية تذهب أيضًا إلى التناظر الفائق.
منافسة،
نعم، كتلة الإلكترون أقل بـ 2000 مرة من كتلة البروتون. ومن حيث الكتلة الساكنة، فإن 99.98% من المادة الموجودة في الغرفة عبارة عن بروتونات.
إلبينتزو,
أنت على حق، هذه هي الطريقة التي يجب أن تقرأ بها بسرعة أثناء العمل.
فيما يتعلق بالمثال، من الناحية العملية، كتلة الإلكترون أصغر بكثير من كتلة البروتون بقدر ما أتذكر، فهي ليست في الحقيقة نصف الكتلة، أليس كذلك؟
"إن فرضية وجود الضعفاء تنبع من التنبؤ بنظرية الأوتار الفائقة"
إذا لم يتم اكتشاف الجسيمات في التجربة، فهل هذا يدحض نظرية الأوتار الفائقة؟ وماذا عن نظرية الأوتار؟
صادق
إلى الشباك
بناءً على ردك أدناه، دعني أخمن ما يلي:
مهنتك/تعليمك في مجال الهندسة. مهندس أو مهندس.
أنا على حق أو خطأ؟
الطاقة ليست مسألة. تشكل المادة المظلمة حوالي 84% من مجمل المادة في الكون، لكنها لا تشكل سوى حوالي ربع محتواها من الطاقة. مثال سخيف - إذا كان لدي غرفة بها إلكترون وبروتون وفوتون جميعهم لديهم نفس الطاقة، فإن الإلكترون يشكل نصف المادة في الغرفة ولكن ثلث الطاقة فقط.
نتفق مع الخصم. هل يمكن لأحد أن يخبرني عن النسب الرسمية للمادة والطاقة المظلمة في الكون؟
"تمثل المادة المظلمة، حسب التقديرات، حوالي 84% من مجمل المادة في الكون"
الغريب أنني اعتقدت أن الرقم أقرب إلى 25% (والطاقة المظلمة حوالي 70%).