مجلة رونق - لا تزال المادة الغامضة بعيدة عن متناول العلماء على الرغم من أنها تفوق المادة المرئية في الكون بحوالي 8 إلى 1. لقد ذهبت جميع المحاولات المختبرية للكشف المباشر عن المادة المظلمة - التي تُرى بشكل غير مباشر فقط من خلال تأثير جاذبيتها على حركة النجوم والمجرات. لم تتحقق.
اعتمدت تلك المحاولات على الأمل في أن المادة المظلمة لها على الأقل بعض التفاعلات الأخرى مع المادة العادية بالإضافة إلى الجاذبية (SN: 10/25/16). لكن تجربة مقترحة تسمى Windchime ، على الرغم من مرور عقود على تحقيقها ، ستجرب شيئًا جديدًا: ستبحث عن المادة المظلمة باستخدام القوة الوحيدة المضمونة أن تشعر بها - الجاذبية.
يقول عالم الفيزياء النظرية دانييل كارني ، الذي وصف المخطط في مايو / أيار في اجتماع للجمعية الفيزيائية الأمريكية للفيزياء الجزيئية والضوئية في أورلاندو بولاية فلوريدا: "الفكرة الأساسية بسيطة للغاية". كنسيم ، سيحاول كاشف Windchime استشعار مادة مظلمة "رياح" تمر عبر الأرض بينما يدور النظام الشمسي حول المجرة.
إذا كانت مجرة درب التبانة عبارة عن سحابة من المادة المظلمة في الغالب ، كما تشير القياسات الفلكية ، فيجب أن نبحر خلالها بسرعة حوالي 200 كيلومتر في الثانية. هذا يخلق مادة مظلمة رياح ، لنفس سبب شعورك بالرياح عندما تمسك يدك من نافذة سيارة متحركة.
يعتمد كاشف Windchime على فكرة أن مجموعة من البندولات ستتأرجح في نسيم. في حالة دقات رياح الفناء الخلفي ، قد تكون قضبان معدنية أو أجراسًا متدلية ترن في الهواء المتحرك. بالنسبة لكاشف المادة المظلمة ، فإن البندولات عبارة عن مصفوفات من المكاشف الدقيقة فائقة الحساسية والتي ستدفعها قوى الجاذبية التي يشعر بها من تمرير أجزاء من المادة المظلمة. فبدلاً من ارتداد جزيئات الهواء من الدقات المعدنية ، فإن جاذبية الجسيمات التي تشكل رياح المادة المظلمة قد تسبب تموجات مميزة لأنها تهب عبر مليار جهاز استشعار أو نحو ذلك في صندوق يبلغ قياسه حوالي متر لكل جانب.
في حين أنه قد يبدو من المنطقي البحث عن المادة المظلمة باستخدام الجاذبية ، لم يجربها أحد في ما يقرب من 40 عامًا كان العلماء يسعون وراء المادة المظلمة في المختبر. وذلك لأن الجاذبية ، نسبيًا ، قوة ضعيفة جدًا ويصعب عزلها في التجارب.
يقول كارني ، من مختبر لورانس بيركلي الوطني في كاليفورنيا: "أنت تبحث عن مادة مظلمة [تسبب] إشارة جاذبية في المستشعر". "وأنت تسأل فقط. . . هل يمكنني رؤية إشارة الجاذبية هذه؟ عند إجراء التقدير لأول مرة ، فإن الإجابة هي لا. سيكون في الواقع صعبًا للغاية ".
لم يمنع ذلك كارني ومجموعة صغيرة من الزملاء من استكشاف الفكرة على أي حال في عام 2020. ويقول: "قبل ثلاثين عامًا ، كان اقتراح هذا أمرًا مجنونًا تمامًا". "لا يزال نوعًا من الجنون ، لكنه مثل الجنون الحدودي."
نما تعاون مشروع Windchime منذ ذلك الحين ليشمل 20 فيزيائيًا. لديهم نموذج أولي Windchime مبني من مقاييس تسارع تجارية ويستخدمونه لتطوير البرنامج والتحليل الذي سيؤدي إلى الإصدار النهائي من الكاشف ، لكنه بعيد كل البعد عن التصميم النهائي. يقدر كارني أن الأمر قد يستغرق بضعة عقود أخرى لتطوير أجهزة استشعار جيدة بما يكفي لقياس الجاذبية حتى من المادة المظلمة الثقيلة.
يؤسس كارني الجدول الزمني على تطوير مقياس التداخل بالليزر لمقياس التداخل لموجات الجاذبية ، أو LIGO ، والذي تم تصميمه للبحث عن تموجات الجاذبية القادمة من اصطدام الثقوب السوداء (SN: 2/11/16). يقول إنه عندما تم تصميم LIGO لأول مرة ، كان من الواضح أن التكنولوجيا ستحتاج إلى تحسين مائة مليون مرة. أدت عقود من التطور إلى إنشاء مرصد يرى السماء في موجات الجاذبية. مع Windchime ، "نحن في نفس القارب بالضبط" ، كما يقول.
حتى في شكله النهائي ، سيكون Windchime حساسًا فقط لبتات المادة المظلمة التي تعادل تقريبًا كتلة ذرة دقيقة من الغبار. هذا ضخم على طيف الجسيمات المعروفة - أكثر من مليون تريليون ضعف كتلة البروتون.
تقول كاثرين فريز ، عالمة الفيزياء بجامعة ميتشيغان في آن أربور ، "هناك مجموعة متنوعة من المواد المظلمة المرشحة المثيرة للاهتمام للغاية على [هذا المقياس] تستحق البحث عنها بالتأكيد ... بما في ذلك الثقوب السوداء البدائية من بدايات الكون". جزء من تعاون Windchime. تتبخر الثقوب السوداء ببطء ، وتسرب الكتلة مرة أخرى إلى الفضاء ، كما لاحظت ، مما قد يترك العديد من الآثار التي تشكلت بعد وقت قصير من اكتشاف الانفجار العظيم في كتلة Windchime.
ولكن إذا لم تكتشف التجربة أبدًا أي شيء على الإطلاق ، فستظل التجربة متميزة عن غيرها من مخططات الكشف عن المادة المظلمة ، كما يقول دان هوبر ، الفيزيائي في فيرميلاب في باتافيا بولاية إلينوي ، وهو أيضًا غير مشارك في المشروع. وذلك لأنها ستكون أول تجربة يمكن أن تستبعد تمامًا بعض أنواع المادة المظلمة.
يقول هوبر ، حتى لو لم تُظهر التجربة شيئًا ، "الشيء المدهش في [Windchime] ... هو أنه ، بغض النظر عن أي شيء آخر تعرفه عن جسيمات المادة المظلمة ، فهي ليست في نطاق الكتلة هذا." في التجارب الحالية ، قد يكون الفشل في اكتشاف أي شيء بسبب التخمينات الخاطئة حول القوى التي تؤثر على المادة المظلمة (SN: 7/7/22).
ستكون Windchime هي التجربة الوحيدة التي تم تصورها حتى الآن حيث أن رؤية لا شيء من شأنه أن يخبر الباحثين بشكل قاطع عن ماهية المادة المظلمة. لكن مع قليل من الحظ ، يمكن أن تكشف رياحًا من الثقوب السوداء الصغيرة ، أو حتى أجزاء أكثر غرابة من المادة المظلمة ، وهي تتخطى طريقنا بينما نتجه نحو مجرة درب التبانة.
تعليقات
إرسال تعليق
اكتب تعليقك...