المادة السوداءقد تتكون المادة المراوغة التي تشكل غالبية كتلة الكون من جسيمات ضخمة تسمى الجرافيتونات ظهرت لأول مرة في اللحظة الأولى بعد الانفجار العظيم.
وتقترح نظرية جديدة أن هذه الجسيمات الافتراضية يمكن أن تكون لاجئين كونيين من أبعاد إضافية.
تشير حسابات الباحثين إلى أن هذه الجسيمات يمكن أن تكون قد تكوّنت بالكمية المناسبة لتفسيرها مادة سوداءالتي لا يمكن “رؤيتها” إلا من خلال جاذبيتها على المادة العادية.
تنتج الجرافيتونات الضخمة عن طريق اصطدام الجسيمات العادية في بدايات الكون.
اعتبرت هذه العملية نادرة جدًا بالنسبة إلى الجرافيتونات الضخمة لتكون مرشحة للمادة المظلمة “.
لكن في دراسة جديدة نشرت في فبراير في المجلة خطابات الفحص البدنيوجد Cacciapaglia ، جنبًا إلى جنب مع الفيزيائيين في جامعة كوريا Haiying Cai و Seung J. Lee ، أن ما يكفي من هذه الجرافيتونات تم صنعه في بداية الكون لحساب كل المادة المظلمة التي نكتشفها حاليًا في الكون.
وفقًا للدراسة ، فإن الجرافيتون ، إذا كانت موجودة ، سيكون لها كتلة أقل من 1 ميغا إلكترون فولت (MeV) ، لذلك لا تزيد عن ضعف كتلة الإلكترون.
مستوى الكتلة هذا أقل بكثير من المقياس الذي عنده بوزون هيغز يولد كتلة للمادة العادية – وهو أمر ضروري للنموذج لإنتاج ما يكفي لحساب كل المادة المظلمة في الكون. (للمقارنة ، أخف جسيم معروف هو نيوترينويزن أقل من 2 إلكترون فولت ، بينما يزن البروتون حوالي 940 ميغا إلكترون فولت ، وفقًا لـ المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا.)
وجد الفريق هذه الجرافيتونات الافتراضية أثناء البحث عن دليل على أبعاد إضافية ، والتي يشتبه بعض الفيزيائيين في وجودها جنبًا إلى جنب مع الأبعاد الثلاثة المرصودة للفضاء والبعد الرابع. طقس.
في نظرية الفريق ، متى الجاذبية تنتشر من خلال أبعاد إضافية ، وتتجسد في كوننا كغرافيتونات ضخمة.
لكن هذه الجسيمات ستتفاعل بشكل ضعيف مع المادة العادية ، وفقط عن طريق قوة الجاذبية.
هذا الوصف مشابه بشكل مخيف لما نعرفه عن المادة المظلمة ، والتي لا تتفاعل مع الضوء ولكن لها تأثير جاذبية محسوس في جميع أنحاء الكون. هذا التأثير الثقالي ، على سبيل المثال ، هو ما يمنع المجرات من الانفصال.
قال كاكياباجليا: “الميزة الرئيسية للجرافيتونات الضخمة كجزيئات من المادة المظلمة هي أنها تتفاعل مع الجاذبية فقط ، لذا يمكنها التهرب من محاولات الكشف عن وجودها”.
في المقابل ، اقترحت مواد مظلمة أخرى مرشحة – مثل تفاعل الجسيمات الضخمة الضعيفة ، الأكسيونات و النيوترينوات – يمكن الشعور به أيضًا من خلال تفاعلاتهم الدقيقة للغاية مع القوى والمجالات الأخرى.
تقدم حقيقة أن الجرافيتونات الضخمة بالكاد تتفاعل عن طريق الجاذبية مع الجسيمات والقوى الأخرى في الكون ميزة أخرى.
قال Cacciapaglia: “بسبب تفاعلاتها الضعيفة جدًا ، فإنها تتحلل ببطء شديد بحيث تظل مستقرة طوال حياة الكون. وللسبب نفسه ، يتم إنتاجها ببطء أثناء توسع الكون وتتراكم هناك حتى اليوم.”
في الماضي ، اعتقد الفيزيائيون أن الجرافيتونات ليست مرشحًا غير مرجح للمادة المظلمة لأن العمليات التي تخلقها نادرة للغاية. نتيجة لذلك ، سيتم إنشاء الجرافيتونات بمعدلات أقل بكثير من الجسيمات الأخرى.
لكن الفريق اكتشف ذلك في البيكو ثانية (تريليون من الثانية) بعد الانفجار العظيمتم إنشاء المزيد من هذه الجرافيتونات مما اقترحت النظريات السابقة.
كان هذا التعزيز كافيًا للجرافيتونات الضخمة لتشرح تمامًا كمية المادة المظلمة التي نكتشفها في الكون ، وفقًا للدراسة.
وقالت كاتشياباليا: “كان التحسن بمثابة صدمة”. “كان علينا أن نقوم بالكثير من التحقق للتأكد من أن النتيجة كانت صحيحة ، لأنها تسبب في حدوث تحول في النموذج في الطريقة التي ننظر بها إلى الجرافيتونات الضخمة كمرشحين محتملين للمادة المظلمة.”
لأن الجرافيتونات الضخمة تتشكل تحت مقياس الطاقة بوزون هيغزلقد تحررت من حالات عدم اليقين المرتبطة بمقاييس الطاقة الأعلى ، والتي لا تصفها فيزياء الجسيمات الحالية بشكل جيد.
تربط نظرية الفريق الفيزياء التي تمت دراستها في مسرعات الجسيمات مثل مصادم هادرون كبير مع فيزياء الجاذبية.
هذا يعني أن مسرعات الجسيمات القوية مثل المصادم الدائري المستقبلي لـ CERN ، والذي من المقرر أن يبدأ العمل في عام 2035 ، يمكن أن تبحث عن أدلة على جسيمات المادة المظلمة المحتملة هذه.
قال كاتشياباليا: “ربما تكون أفضل لقطة لدينا هي مصادمات الجسيمات عالية الدقة في المستقبل”. “إنه شيء نحقق فيه حاليًا”.
تم نشر هذه المقالة في الأصل من قبل العلوم الحية. اقرأها المقال الأصلي هنا.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”