الفيزياء

أداة جديدة في Hunt for Dark Matter

أداة جديدة في Hunt for Dark Matter


اقترح باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وسيلة فريدة لاكتشاف المادة المظلمة عن طريق محاكاة نجم نيوتروني.

لطالما عرف الفيزيائيون أن الكون أكبر بكثير مما يبدو. لا يمكن تفسير سلوك الجاذبية للمجرات بالمادة التي يمكننا مراقبتها مباشرة. قاد هذا العلماء إلى اقتراح وجود كتلة إضافية لم يتم اكتشافها بعد ، تسمى المادة المظلمة على نحو ملائم.

[مصدر الصورة: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا]

في سعيهم لفهم اللبنات الأساسية للكون ، يمتلك العلماء بعض الأدوات الرائعة تحت تصرفهم. ينتج عن كل اكتشاف جديد يتم اكتشافه في مصادم الهادرونات الكبير مجموعة كبيرة من الأوراق البحثية. اقترح فريق من الفيزيائيين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تجربة جديدة لاكتشاف جسيم افتراضي معروف حتى الآن باسم الأكسيون. من خلال محاكاة مجموعة متطرفة من الظروف الموجودة في نجم نيوتروني ، تسمى النجم المغناطيسي ، يأملون في توليد مجال مغناطيسي كثيف بدرجة كافية لجعل المحاور "مرئية".

قال البروفيسور المشارك جيسي ثالر ، مؤلف مشارك في الورقة البحثية الأخيرة للفريق ، لـ MIT News:

"الأكسيونات هي جسيمات غريبة جدًا ومضادة للحدس. إنها خفيفة للغاية ، مع تفاعلات ضعيفة ، ومع ذلك قد يهيمن هذا الجسيم على ميزانية المادة في الكون وتكون وفرة بالكتلة أكبر بخمس مرات من المادة العادية. لذلك كان علينا حقًا التفكير مليًا فيما إذا كانت هذه الجسيمات قابلة للاكتشاف من حيث المبدأ باستخدام التكنولوجيا الحالية. إنه أمر شاق للغاية ".

تركز التجربة على جهاز له اختصار رائع: ABRACADABRA (نهج النطاق العريض / الرنين لاكتشاف المحور الكوني مع جهاز تضخيم النطاق الدائري). يعمل الجهاز في درجات حرارة أعلى بقليل من الصفر المطلق ، ويتكون الجهاز من ملفات مغناطيسية ملفوفة بمعدن فائق التوصيل.


[مصدر الصورة: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا]

يأمل الباحثون في أن يؤدي النهج الجديد إلى رؤى ثاقبة لمشكلة CP القوية (تكافؤ الشحن). يركز هذا الغموض المستمر على ما يسميه المؤلف المشارك بنجامين صفدي "لامبالاة النيوترونات بالمجالات الكهربائية". هو شرح:

"لا نتوقع تسارع النيوترونات في وجود مجال كهربائي لأنها لا تحمل شحنة كهربائية ، ولكن قد تتوقع أن تدور. هذا لأننا نتوقع أن يكون لديهم عزم كهربائي ثنائي القطب ، حيث يمكنك التفكير في نيوترون له شحنة موجبة من جانب وشحنة سالبة في الجانب الآخر. ولكن من فهمنا الحالي ، فإن تأثير الدوران هذا غير موجود ، في حين تقول النظرية أنه ينبغي ذلك ".

قد يكون الأكسيون مسؤولاً عن هذا السلوك الغريب. اقترح الفيزيائيون أن الأكسيون قد يكون قادرًا على إزالة عزم ثنائي القطب الكهربائي للنيوترون ، مع النتائج المغناطيسية الناتجة التي يمكن اكتشافها بالتجربة.

كيف يريد معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تطبيق المعلومات

يقول البروفيسور ثيلر إن العمل مشجع: "إنه لأمر محير للغاية أن نقول إنه قد يكون هناك جسيم يخدم هذا الغرض العميق ، وأكثر من ذلك إذا اكتشفنا وجود هذه الجسيمات في شكل مادة مظلمة."

بناءً على العمل الذي تم في جامعة واشنطن ، يتطلع فريق MIT إلى توسيع نطاق البحث باستخدام التجربة المقترحة. وأوضح الأستاذ المساعد ثالر:

ترتبط مشكلة CP القوية بما إذا كان دوران النيوترون يستجيب للتأثيرات الكهربائية ، ويمكنك نوعًا من التفكير في النجم المغناطيسي على أنه دوران عملاق واحد مع مجالات مغناطيسية كبيرة. إذا كانت الأكسيونات تأتي وتغير خصائص المادة النووية لحل مشكلة CP القوية ، فربما يمكن أن تتفاعل المحاور مع هذا النجم المغناطيسي وتتيح لك رؤيته بطريقة جديدة. لذلك يجب تضخيم التأثيرات الدقيقة للأكسيونات ".

باحثون آخرون متفائلون. قال الأستاذ المساعد غراي ريبكا ، من جامعة واشنطنفي الآونة الأخيرة فقط ظهرت العديد من الأفكار الجيدة للبحث عن [محاور منخفضة التردد]. تستند التجربة المقترحة هنا إلى الأفكار السابقة ، وإذا كان المؤلفون على صواب ، فقد يكون التكوين التجريبي الأكثر عملية يمكنه استكشاف بعض أنظمة الأكسيونات ذات التردد المنخفض المعقولة ".

وافق الأستاذ المساعد ثالر:

"لدينا آلة حساسة للعديد من الأطوال الموجية ، ويمكننا دغدغة محورها بطول موجي معين ، وسوف يتردد صدى ABRACADABRA. وسنذهب إلى منطقة مجهولة ، حيث يمكن أن نرى المادة المظلمة من هذا النموذج الأولي. سيكون ذلك رائعا ".

انظر أيضًا: الجسيمات التي تنتقل أسرع من سرعة الضوء

عبر:معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

بقلم جودي بينز


شاهد الفيديو: Dark Matter Might Leave Holes in Objects and People