قد لا نعرف ماذا مادة سوداء هو ، ولكن العلماء الآن لديهم فكرة أفضل عما يبحثون عنه.
بناءً على الجاذبية الكمومية ، طور الفيزيائيون حدود كتلة علوية وسفلية جديدة أكثر صرامة لجزيئات المادة المظلمة. ووجدوا أن نطاق الكتلة أضيق بكثير مما كان يعتقد سابقًا.
هذا يعني أنه من غير المحتمل أن تكون المادة المظلمة المرشحة إما خفيفة أو ثقيلة للغاية هي الإجابة ، بناءً على فهمنا الحالي للكون.
هذه هي المرة الأولى التي يفكر فيها أي شخص في استخدام ما نعرفه عن الجاذبية الكمية كطريقة لحساب نطاق كتلة المادة المظلمة. لقد فوجئنا عندما اكتشفنا أن أحداً لم يفعل ذلك من قبل – كما كان زملاؤنا العلماء. ورقتنا ، ” يقول الفيزيائي وعالم الفلك كزافييه كالميت من جامعة ساسكس في المملكة المتحدة.
“ما فعلناه يُظهر أن المادة المظلمة لا يمكن أن تكون” خفيفة للغاية “ولا” فائقة الثقل “كما يعتقد البعض – ما لم تؤثر عليها قوة إضافية غير معروفة حتى الآن. يساعد هذا البحث علماء الفيزياء في قسمين. يعني: أنه يركز على منطقة البحث عن المادة المظلمة ، ومن المحتمل أن يساعد ذلك أيضًا في الكشف عما إذا كانت هناك قوة إضافية غامضة غير معروفة في الكون أم لا. “
المادة المظلمة هي بلا شك واحدة من أعظم الألغاز في الكون كما نعرفها. إنه الاسم الذي نطلقه على كتلة غامضة مسؤولة عن تأثيرات الجاذبية التي لا يمكن تفسيرها بالعناصر التي يمكننا اكتشافها بوسائل أخرى – مادة عادية مثل النجوم والغبار والمجرات.
على سبيل المثال ، تدور المجرات أسرع بكثير مما ينبغي إذا تأثرت ببساطة بالجاذبية بالمادة العادية التي تحتوي عليها ؛ عدسة الجاذبية – انحناء الزمكان حول الأجسام الضخمة – أقوى بكثير مما ينبغي. أي شيء يخلق هذه الجاذبية الإضافية يتجاوز قدرتنا على الكشف المباشر.
نحن نعرفه فقط من خلال تأثير الجاذبية على الأجسام الأخرى. بناءً على هذا التأثير ، نعلم أن هناك الكثير منهم هناك. بقسوة 80 في المئة كل مادة في الكون هي مادة مظلمة. إنها تسمى المادة المظلمة لأنها مظلمة. وكذلك غامضة.
ومع ذلك ، فإننا نعلم بالفعل أن المادة المظلمة تتفاعل مع الجاذبية ، لذلك تحول كالميت وزميله ، الفيزيائي وعالم الفلك فولكرت كويبرز في جامعة ساسكس ، إلى صفات الجاذبية الكمومية لمحاولة تقدير مدى الكتلة. يهم (أيا كان).
يشرحون أن الجاذبية الكمية تفرض عددًا من القيود على إمكانية وجود جسيمات المادة المظلمة ذات الكتل المختلفة. على الرغم من أنه ليس لدينا نظرية عمل لائق توحد النسبية العامةالوصف المكاني لجاذبية الجاذبية مع الجزء المنفصل لفيزياء الكم ، نعلم أن أي اندماج بينهما سيعكس بعض المبادئ الأساسية لكليهما. على هذا النحو ، يجب أن تمتثل جسيمات المادة المظلمة لقواعد الجاذبية الكمية لكيفية تحلل الجسيمات أو تفاعلها.
من خلال النظر بعناية في كل هذه القيود ، تمكنوا من استبعاد نطاقات الكتلة التي من غير المحتمل أن توجد في فهمنا الحالي للفيزياء.
بناءً على افتراض أن الجاذبية فقط هي التي يمكنها التفاعل مع المادة المظلمة ، فقد قرروا أن كتلة الجسيم يجب أن تكون بين 10-3 الكترونفولت و 10سبعة إلكترون فولت ، اعتمادًا على دوران الجسيمات وطبيعة التفاعلات مع المادة المظلمة.
إنه أصغر بشكل لا يصدق من الـ 10-24 electronvolt إلى 1019 نطاق جيجا إلكترون فولت المنسوب تقليديًا ، وفقًا للباحثين. وهذا أمر مهم ، لأنه يستبعد إلى حد كبير بعض المرشحين ، مثل WIMPs (جزيئات تفاعل منخفضة ضخمة).
إذا أثبت هؤلاء المرشحون لاحقًا أنهم المذنبون في لغز المادة المظلمة ، وفقًا لكالميت وكويبرز ، فهذا يعني أنهم يتأثرون بقوة لا نعرفها بعد.
سيكون هذا رائعًا حقًا ، لأنه يشير إلى فيزياء جديدة – أداة جديدة لتحليل وفهم كوننا.
الأهم من ذلك ، توفر قيود الفريق إطارًا جديدًا يجب مراعاته في البحث عن المادة المظلمة ، مما يساعد على تضييق نطاق البحث عن مكان وكيفية البحث.
“كطالب دكتوراه ، من الرائع أن تكون قادرًا على العمل في مثل هذا البحث المثير والمؤثر” ، قال كويبرس. “النتائج التي توصلنا إليها هي أخبار جيدة جدًا للقائمين بالتجربة لأنها ستساعدهم على الاقتراب أكثر من اكتشاف الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة.”
تم نشر البحث في رسائل الفيزياء ب.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”