آیا ماده تاریک را در جهان پیدا خواهیم کرد
طاهره مصطفویدر۱۴۰۳/۲/۱۸
این احتمال وجود دارد که اشکال دیگر ماده در جهان اولیه وجود داشته باشد ، که ما هنوز تصوری از آن نداریم. در این حالت ، ممکن است جهان ما به همان شکلی که تصور کرده ایم گسترش نیافته باشد ، نویسنده معتقد است که در مورد تلاش های ناموفق برای گرفتن ماده تاریک صحبت می کند.
کیهان شناسی به موفقیت چشمگیری رسیده است. تحقیقات انجام شده توسط دانشمندان طی دهه های گذشته ، به بشریت این امکان را داده است تا تاریخچه شکل گیری جهان ما را با جزئیات کامل بازسازی کنند. ما می دانیم - و اکنون می توانیم چگونگی پیشرفت جهان در بیشتر تاریخ خود و به چه دلایلی را با اطمینان بیشتری بگوییم.اکنون جهان برای ما قابل درک تر از گذشته شده است.
با این وجود ، چیزی فراتر از درک باقی مانده است. با وجود تمام تلاش های ما ، ما هنوز نمی توانیم برخی از پدیده های جهان را توضیح دهیم. و شاید مشهورترین این اسرار ماده تاریک باشد. دانشمندان با استفاده از روشهای نوین میزان مواد موجود در جهان را به طور دقیق تعیین كرده اند و همانطور كه معلوم شد بسیار برتر از ماده عادی است كه به صورت اتم ها وجود دارد. پس از بحث علمی گسترده ، که چندین دهه به طول انجامید ، دانشمندان به این نتیجه رسیدند: بیشتر ماده (یعنی حدود 84٪) ماده در جهان از اتم یا هر نوع ماده شناخته شده دیگر تشکیل نشده است ، بلکه از ماده دیگری ، و تابشی ندارد ، نور را منعکس نمی کند و آن را جذب نمی کند. برای عدم وجود بهتر ، این اسرارآمیز را "ماده تاریک" می نامیم. با این حال ، نام بردن به معنای درک آن نیست.
ده سال پیش ، بسیاری از کارشناسان حوزه کیهان شناسی، ناگهان تصور کردند که ما بالاخره فرضیه خوبی در مورد جوهر ماده تاریک داریم. استدلالهای مطرح شده توسط ما مبتنی بر این واقعیت است که ماده تاریک در نخستین کسری از ثانیه بعد از بیگ بنگ تشکیل شده است. طبق محاسبات ما ، تعداد کل ذرات ماده تاریک تشکیل شده در اوایل جهان ، که پس از آن از بیگ بنگ زنده مانده است ، باید به میزان تعامل این ذرات با یکدیگر و با اشکال معمولی ماده بستگی داشته باشد. براساس محاسبات ما به این نتیجه رسیدیم که این تعامل ماده تاریک باید از طریق به اصطلاح تعامل هسته ای ضعیف یا برخی نیروی ناشناخته دیگر انجام شود که معادل تعامل ضعیف است. ما این ذرات را Wimps نامیدیم.
اگر ماده تاریک واقعاً از Wimps تشکیل شده باشد ، باید بتوانیم آزمایشاتی را انجام دهیم که مستقیماً بتواند ذرات جداگانه ماده تاریک را شناسایی و اندازه گیری کند. برای این منظور ، تیم کوچکی از فیزیکدانان برای کشف ماده تاریک شروع به ایجاد آشکار سازهای فوق حساس کردند. دانشمندان شروع به قرار دادن آنها در آزمایشگاههای زیرزمینی کردند و آنها را از اشعه کیهانی پوشانیدند. در آن زمان به نظر می رسید که شانس ها بسیار زیاد است و این رویکرد به کشف منجر می شود.
در یک کلام ، در سال 2005 شرط می بستم که ذرات ماده تاریک ظرف ده سال کشف می شوند. و افسوس که این شرط را باختم. از نظر فنی آزمایشات بسیار عالی بود. اما دانشمندان نتایج مورد انتظار را به دست نیاوردند. اما معلوم شد که این خیلی بد نیست. معلوم شد که برخورد دهنده بزرگ هادرون ، که کار خود را درست در همین زمان آغاز کرد ، هیچ نشانه ای از ماده تاریک پیدا نکرد. از آزمایشات، ما یاد گرفتیم که ماده تاریک مسئله ای پیچیده تر از آنچه فکر می کردیم است.
ناتوانی ما در تشخیص ذرات ماده تاریک تأثیر ملموس بر جامعه علمی داشته است. من این را مستثنی نمی دانم که ما در جایی در گوشه و کنار هستیم که مشکل را حل کنیم. با این حال ، اکثر کسانی که امروز با ماده تاریک سر و کار دارند اعتراف می کنند که بسیاری از نامزدهای مورد علاقه ما برای نقش ماده تاریک باید مدتها پیش کشف شده بودند ، اما این اتفاق نیفتاده است. همه اینها باعث شد دانشمندان به فرضیه های جدید و گاه متناقض توجه کنند ، که منجر به ظهور تعداد زیادی از آثار نظری مربوط به ماده تاریک و ماهیت آن شد.
مطابق یکی از فرضیه های رایج که اخیراً ظهور کرده است ، ماده تاریک ممکن است از یک نوع ذره تشکیل نشده باشد بلکه چندین نوع ذره تشکیل شده است که از آنها به اصطلاح "بخش پنهان" تشکیل می شود. علاوه بر این ، ذرات بخش پنهان می توانند عمدتاً فقط با یکدیگر تعامل داشته باشند و عملاً هرگز با سایر اشکال شناخته شده ماده. این واقعیت است که توضیح می دهد که چرا تشخیص آنها در آزمایشات انجام شده در شرایط زیرزمینی یا به دست آوردن در برخورد بزرگ هادرون بسیار دشوار است.
این ذرات که یک بخش پنهان را تشکیل می دهند ، به خوبی می توانند در اوایل جهان ظاهر شوند و تحت تأثیر نیروهایی که ما از آنها ایده ای نداریم وارد تعامل بسیار پیچیده ای شوند. فیزیکدانان که ذرات ابتدایی را مطالعه می کنند ، تئوری های بسیاری را ارائه می دهند ، که در آن تعامل بین انواع مختلف ماده پنهان شرط شکل گیری مداوم ماده تاریک در مرحله اولیه جهان بود. در واقع ، برای فیزیکدانان دشوار نبود چنین نظریه هایی را ارائه دهند که جوهر بخش پنهان را توضیح می دهد.
فرضیه دیگر نه به اندازه ماده تاریک ، بلکه به فضایی که در کسری از ثانیه دوم پس از بیگ بنگ اشغال کرده است ، مربوط می شود. هنگام استفاده از معادلات تئوری عمومی نسبیت برای محاسبه سرعت گسترش فضا ، ما کلیه اشکال شناخته شده ماده و انرژی را در نظر می گیریم ، از جمله انواع ذره هایی که در Collider Hadron Large مشاهده کردیم. اما این احتمال وجود دارد که در جهان اولیه ، اشکال دیگر ماده وجود داشته باشد ، که ما هنوز تصوری از آن نداریم. در این حالت ، ممکن است جهان ما همانطور که تصور می کردیم گسترش نیافته باشد.
و اگر جهان اولیه با سرعتی متفاوت از آنچه دانشمندان انتظار داشتند گسترش یابد (یعنی ، اگر سریعتر یا کندتر گسترش یابد) ، آنگاه تعامل ذرات ماده تاریك در این دوره متفاوت بوده و بنابراین برای توصیف روند گسترش و پیشرفت جهان ، که در اولین ثانیه پس از بیگ بنگ اتفاق افتاد ، می توان فرضیه های مختلف زیادی را مطرح کرد. این امکان وجود دارد که به دلیل برخی اشکال ناشناخته ماده و انرژی ، میزان گسترش افزایش یابد. یا شاید نرخ انبساط تحت تأثیر برخی عوامل حتی غیر منتظره تر باشد که در اولین لحظه ها پس از انفجار ظاهر شدند.
شاید در همان آغاز ، در ثانیه دوم خود ، جهان ناگهان برای لحظه ای گسترش یافته ، یا در مقطعی گذر فاز تند را تجربه کرده است. یا شاید فرق داشته باشد: شاید نوعی ذره وجود داشته باشد که هنگام نابودی ، جهان را گرم می کند و بدین ترتیب تکامل آن تغییر می کند. فرضیه های موجود در اینجا می تواند انواع مختلفی را مطرح کند. و همه آنها می توانند بر روند شکل گیری ماده تاریک و در اولین لحظات زندگی در عالم ما نور افشانی کنند.
اگر دانشمندان می دانستند که دقیقاً پس از آن چه اتفاقی افتاده است ، عقاید ما در مورد ذات ماده تاریک تقریباً به طور قطع تغییر خواهد کرد ، و بلافاصله برای ما مشخص خواهد شد که برای کشف آن باید چه آزمایش هایی انجام شود. شاید در این حالت ، ما بتوانیم به این سؤال پاسخ دهیم که چرا ماده تاریک برای مدت طولانی گریزان است.
نتایج قابل توجه به دست آمده در طول آزمایشات بر روی آشکارسازهای زیرزمینی که برای ضبط ماده تاریک طراحی شده اند ، و در برخورد با هادرون بزرگ( به ذرات ترکیبی که از دو یا سه کوارک تشکیل شده باشند، گفته میشود) ، کیهان شناسی را مجبور به تجدید نظر در فرضیه های خود کرده است. ظاهرا ، ماده تاریک با رایج ترین عقاید در مورد آن بسیار متفاوت است. گریزان بودن ماده تاریک ، ما را مجبور به کنار گذاشتن بسیاری از نظریه ها کرده و فرضیه های جدیدی را در مورد این ماده و شرایطی که در اولین لحظات پس از انفجار بزرگ شکل گرفته است ، ارائه می دهیم.
ما در تلاش برای درک ماهیت ماده تاریک ، امیدواریم که نه تنها ذرات این ماده را کشف کنیم ، بلکه برای یادگیری اولین لحظات تاریخ جهان نیز که بیشتر مواد جهان از آن تشکیل شده است ، به درکی برسیم. به این معنا ، ماده تاریک به ما اجازه می دهد تا به توضیحات بیگ بنگ نزدیک شویم. من شک ندارم که اولین موارد این رویداد بزرگ شامل کلید حل نشده و ناشناخته است. با این حال ، جهان به شدت از اسرار خود محافظت می کند. این که آیا ما می توانیم این اسرار را درک کنیم ، همه اینها به ما بستگی خواهد داشت.
