قد يكون لدى العلماء طريقة جديدة للنظر في "العالم المظلم" الفيزيائي.
في ورقة جديدة ، يقول الفيزيائيون النظريون إن لديهم خطة جديدة للبحث عن الجسيمات النظرية التي لم يتم ملاحظتها حتى الآن. يمكن أن تكون هذه الجسيمات ، التي يطلق عليها جسيمات طويلة العمر ، أو LLPs ، نافذة على المادة المظلمة والطاقة المظلمة ، والتي تشكل معًا 95 ٪ من الكون. تمارس المادة المظلمة جاذبية على المادة العادية ، ويُعتقد أن الطاقة المظلمة تتسبب في تسارع توسع الكون. وقال تشن ليو ، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة ماريلاند ، إنه لا يمكن ملاحظة أي منهما بشكل مباشر ، لأن أي تفاعلات بينهما مع المادة المضيئة للكون ضعيفة.
وقال ليو ، أحد الباحثين الذين يعملون على الخطة الجديدة ، لـ Live Science: "إنهم لا يتحدثون إلينا".
لكن LLPs قد توفر طريقة لذلك العالم المظلم للتواصل مع العالم الأخف. ويعتقد ليو وزملاؤه أنه من خلال تعديل بعض أجهزة الكشف في أكبر جهاز للتحطيم الذري في العالم ، فإن مصادم الهادرون الكبير (LHC) بالقرب من جنيف ، سويسرا ، قد يتمكن الفيزيائيون من العثور عليها.
عوالم موازية
يصف "العالم المظلم" ، المعروف أيضًا باسم "القطاع الخفي" ، مجموعة من الجسيمات الافتراضية التي تتجاوز النموذج القياسي للفيزياء. (يشرح النموذج القياسي البروتونات والنيوترونات والإلكترونات وجميع الجسيمات دون الذرية الغريبة التي تتماشى معها ، مثل الكواركات والميونات والنيوترينوات وبوزون هيجز).
وقال ليو إنه إذا كانت جميع المواد "الطبيعية" في واد واحد ، فإن العالم المظلم يقع في واد مواز على ارتفاع واحد. يتطلب تسلق هذا التلال كمية هائلة من الطاقة ، لذا تتفاعل الجسيمات في وادي العالم المظلم بقوة مع بعضها البعض ، ولكن قليلاً فقط مع تلك الموجودة على الجانب الآخر من الجبل. لكن بعض الجسيمات قد تكون قادرة على المرور عبر حاجز الطاقة من العالم المظلم إلى العالم الذي نواجهه عادةً عبر عملية تسمى النفق الكمومي. وقال ليو إن هذه الجسيمات ربما لن تكون مكافئات المادة المظلمة للجسيمات المستقرة مثل البروتونات أو النيوترونات ، ولكنها ربما تكون أقرب إلى جزيئات النموذج القياسي غير المستقرة.
تلك هي جزيئات الأنفاق التي يهتم الباحثون بإيجادها. وقال ليانتاو وانغ ، الفيزيائي النظري في جامعة شيكاغو ، إن هذه الجسيمات ، إن وجدت ، نادرة. يرمي المصادم LHC البروتونات في بعضها البعض بسرعة مذهلة ، وينتج مليار تصادم في الثانية. تحطم تلك التصادمات البروتونات إلى أعداد هائلة من جزيئات النموذج القياسي المعروفة. بالنسبة للعلماء الباحثين عن القطاع الخفي ، فإن كل هذه الجسيمات هي مجرد ضجيج. قال وانغ إن الجسيمات التي تهمهم قد تظهر بضع مرات فقط في العقد.
مسار جديد
وانغ ، إلى جانب ليو وزميلهم ، جيا ليو ، هم مؤلفو الورقة الجديدة التي تم نشرها في 3 أبريل في مجلة Physical Review Letters ، مما يشير إلى طريقة لالتقاط هذه الجسيمات النادرة.
كل ذلك يعود إلى التوقيت. قال وانغ ، يجب أن تكون LLPs ضخمة وخشبية مقارنة مع جزيئات النموذج القياسي التي تنتجها LHC بكميات كبيرة. وقال ليو إن بطئهم يرجع إلى عقبة الطاقة الكبيرة التي يتعين عليهم التغلب عليها لمجرد ترك انطباع في عالم المواد الطبيعية. لكن سرعة حلزونها هي أيضًا ميزة مفيدة للفيزيائيين. تنتقل معظم الجسيمات الأولية في المصادم LHC بسرعة الضوء وتتحلل بسرعة. على سبيل المثال ، اختفى بوزون هيجز في غضون 10 ثوانٍ إلى ناقص 22 ثانية ، وتحول إلى مجموعة من الجسيمات الأكثر استقرارًا.
وقال وانغ ، على الرغم من ذلك ، يجب أن تعيش LLPs بطيئة - حتى عُشر الثانية. كما أنها تسير بسرعة أبطأ من سرعة الضوء. لذلك ، يجب أن يكون تعديل كاشفات LHC للبحث عن الجسيمات التي تصل متأخرة إلى أجهزة الاستشعار الخاصة بها هو المفتاح لاكتشافها.
قال وانغ "إنها فكرة بسيطة للغاية ، ولكن اتضح أنها فعالة بشكل مدهش."
وقال ليو إن بعض هذه التعديلات ستأتي بشكل طبيعي مع ترقيات المصادم LHC ، والتي تجري الآن. وقال إن مصادم الجسيمات سيفتح مرة أخرى في عام 2021 ، مع أجهزة الكشف التي ستكون قادرة على قياس توقيت وصول الجسيمات 10 مرات بدقة أكثر مما تستطيع حاليًا. من هناك ، قال ، إنها مجرد بضع تعديلات برمجيات للاستفادة من قدرات المصادم LHC ، والتأكد من أن الفيزيائيين التجريبيين الذين يستخدمون المصادم يضعون أولوية للبحث. الآن ، قال وانغ وليو ، إنهم وزملائهم التجريبيين يعقدون سلسلة من الاجتماعات للتأكد من أن الجميع في نفس الصفحة.
قال ليو "إن ذلك سيحدث".
