العام الماضي ، XENON1T ، الأكثر حساسية في العالم مادة سوداء كاشف ، يبدو أنه يوجه ضربة. لا توجد مادة مظلمة ، بل شيء آخر. يمكن النيوترينوات، ربما أكسيونات شمسية ، ربما تلوث إشعاعي في الكاشف.
الآن توصل فريق آخر من الفيزيائيين إلى إجابة مختلفة. يمكن أن تكون الإشارة متسقة ليس مع المادة المظلمة ، ولكن الطاقة المظلمة، يقولون. إذا كان هذا هو سبب الذروة في اكتشافات XENON1T ، فإنه يمثل خطوة مهمة في البحث عن هذه القوة الغامضة.
الطاقة المظلمة ، مثل المادة المظلمة ، غير معروفة لنا. المادة المظلمة هي الاسم الذي نطلقه على كتلة لا يمكننا اكتشافها مباشرة. نستنتج وجوده لأن هناك جاذبية في الكون أكثر مما يمكننا تفسيره من خلال عد الأشياء التي يمكننا اكتشافها – أكثر من ذلك بكثير. حوالي 5٪ من الكون مادة طبيعية ، مثل النجوم ، الثقوب السوداءوالكواكب ونحن. حوالي 21٪ مادة مظلمة.
74 في المائة المتبقية هي الطاقة المظلمة. لم نتمكن أيضًا من اكتشافه مباشرةً ؛ بدلاً من ذلك ، نستنتج وجوده في التوسع المتسارع للكون. يتسبب شيء ما في انتشار الكون بشكل أسرع مما يمكننا تفسيره ، ونطلق عليه اسم طاقة مظلمة.
“على الرغم من أن المكونين غير مرئيين ، إلا أننا نعرف الكثير عن المادة المظلمة ، حيث تم اقتراح وجودها في عشرينيات القرن الماضي ، بينما لم يتم اكتشاف الطاقة المظلمة حتى عام 1998.” يقول عالم الكونيات Sunny Vagnozzi من معهد كافلي لعلم الكونيات بجامعة كامبريدج بالمملكة المتحدة.
“تم تصميم تجارب على نطاق واسع مثل XENON1T لاكتشاف المادة المظلمة مباشرةً ، والبحث عن علامات على” اصطدام “المادة المظلمة بالمادة العادية ، لكن الطاقة المظلمة هي أكثر صعوبة.”
XENON1T عبارة عن خزان مملوء بـ 3.2 طن من الزينون السائل شديد النقاء ومجهز بمصفوفات من الأنابيب المضاعفة الضوئية. إنه مغلق تمامًا ومظلمة تمامًا لذلك يمكن للباحثين اكتشاف وميض اللمعان الكهربائي مع تفاعل الجسيمات ، مما ينتج عنه وابل ضئيل من الإلكترونات من ذرات الزينون فيما يعرف باسم الارتداد الإلكتروني.
نظرًا لأن معظمها تنتج عن تفاعلات جسيمية معروفة ، فلدينا فكرة جيدة عن عدد أحداث ارتداد الإلكترون المتوقع حدوثها كجزء من ضوضاء الخلفية العامة. هذا الرقم هو حوالي 232 ± 15 في السنة. بدلاً من ذلك ، اكتشف XENON1T 285 حدثًا من فبراير 2017 إلى فبراير 2018.
قال العلماء إن التفسير الأكثر ترجيحًا كان نوعًا من الجسيمات الافتراضية يُسمى المحاور الشمسية ، والتي طفت لأول مرة في السبعينيات لحل السؤال عن سبب اتباع القوى الذرية القوية لشيء يسمى تناظر تكافؤ الشحنة، بينما تقول معظم العارضات إنهم لا يحتاجون إليها.
لكن هناك مشكلة: إذا كانت الشمس قادرة على إنتاج الأكسيونات ، فيمكن قول الشيء نفسه بالنسبة لجميع النجوم. ومع ذلك ، فقد لوحظ فقدان الحرارة في الأماكن شديدة الحرارة في النجوم حدود صارمة على تفاعلات المحاور مع الجسيمات دون الذرية.
لذلك شرع Vagnozzi وفريقه في اختبار احتمال أن تكون الطاقة المظلمة هي المسؤولة عن الزيادة. الآن ، قد تكون الطاقة المظلمة لغزا ، لكن معظم النماذج الفيزيائية للطاقة المظلمة ينتج عنها قوة خامسة غير معروفة للطبيعة ، تتجاوز الكهرومغناطيسية ، والجاذبية ، وتفاعلان نوويان.
نظرًا لأن التمدد المتسارع للكون لا يمكن اكتشافه إلا على نطاق واسع جدًا وتعمل الجاذبية على مستويات محلية ، فإن أي نموذج للمادة المظلمة يشير إلى قوة خامسة يجب أن يفسر بشكل كاف سبب عدم ظهور هذه القوة n في جوارنا الفلكي.
طور Vagnozzi وفريقه منهجية تعتمد على آلية تسمى فحص الحرباء ، والتي تتجنب تفسير سبب عدم رؤيتنا للقوة الخامسة بافتراض أنها قصيرة جدًا في البيئات الكثيفة مثل بيئتنا.
“يوقف فحص الحرباء لدينا إنتاج جسيمات الطاقة المظلمة في الأجسام شديدة الكثافة ، وتجنب المشكلات التي تواجهها المحاور الشمسية” ، قال Vagnozzi.
“كما أنه يسمح لنا بفصل ما يحدث في الكون المحلي شديد الكثافة عما يحدث على النطاقات الأكبر ، حيث تكون الكثافة منخفضة للغاية.”
أظهرت نتائجهم أن جسيمات الطاقة المظلمة من منطقة مغناطيسية قوية للشمس تسمى تاكوكلين – بين المنطقة الداخلية الإشعاعية والمنطقة الخارجية للحمل الحراري – يمكن أن تنتج الإشارة التي لوحظت في بيانات XENON1T. يُفضل هذا على التفسير الموضوعي فقط ، بثقة 2.5 سيجما.
هذا لا يزال غير قوي مثل تفسير الأكسيونات الشمسية ، والتي كان مستوى الثقة بها 3.5 سيغما. أو النيوترينوات أو التلوث الإشعاعي ، وكلاهما يتمتع بمستوى ثقة يبلغ 3.2 سيجما.
إنه يقدم حلاً بديلاً ، حلاً خاليًا من القضايا الشائكة المرتبطة بالآخرين. كباحثين مكتوب في مجلته، هذا “يثير الاحتمال المحير بأن XENON1T قد يكون قد حقق أول اكتشاف مباشر للطاقة المظلمة.”
هذا بالطبع إذا كانت الإشارة حقيقية. نحتاج إلى اكتشاف آخر قبل أن نتأكد ، ومع ترقية XENON1T حاليًا ، لدينا القليل من الوقت للانتظار.
حتى إذا لم تظهر الإشارة في الجولة التالية من المشاهدات ، فقد أرسى المقال الأساس للتفكير خارج الصندوق عند تأكيد الاكتشاف أخيرًا.
“كان من المدهش حقًا أن يكون هذا الفائض ناتجًا من حيث المبدأ عن الطاقة المظلمة بدلاً من المادة المظلمة” ، قال Vagnozzi. “عندما تتوافق الأشياء معًا هكذا ، يكون الأمر مميزًا حقًا”.
تم نشر البحث في الفحص البدني د.
