هل يمكننا رؤية الطاقة المظلمة من الأرض؟ تقدم التجارب الجديدة الأمل.

مجموعة مجرات قد تخفي المادة المظلمة في قلبها.

مجموعة مجرات قد تخفي المادة المظلمة في قلبها. (مصدر الصورة: NASA / ESA / M. Jee / H. Ford et al. (Johns Hopkins Univ.))



بول إم سوتر هو عالم فيزياء فلكية في جامعة ولاية أوهايو ، مضيف اسأل رائد فضاء و ' راديو الفضاء ، 'ومؤلف' مكانك في الكون '. ساهم سوتر في هذا المقال أصوات الخبراء في موقع ProfoundSpace.org: افتتاحية ورؤى .



تستمر الطبيعة الحقيقية للطاقة المظلمة في التهرب من فهمنا ، على الرغم من عقدين من التحقيق. من المحبط أن معظم محاولات تفسير الطاقة المظلمة تفشل في اختبارات صارمة للغاية لفيزياء الجسيمات.

لكن بحثًا جديدًا يُظهر كيف يمكن صنع شكل افتراضي من الطاقة المظلمة في الداخل الشمس ويمكن اكتشافه هنا على الأرض. في الواقع ، ربما رأينا ذلك بالفعل.

سر في الظلام



في عام 1997 ، فاجأ علماء الفلك أنفسهم والعالم باكتشاف أن توسع الكون يتسارع. أعطوا هذا التوسع المتسارع اسمًا رائعًا - الطاقة المظلمة - لأنهم لم يفهموا سبب هذا التأثير الكوني الغريب.

إن أبسط تفسير للطاقة المظلمة هو أنها 'ثابت كوني' ، وهو رقم إضافي تم إلقاؤه في نظرية النسبية العامة لأينشتاين. بعبارة أخرى ، من وجهة النظر هذه ، يتسارع توسع الكون لأن ... تسارع توسع الكون - وهذا ليس تفسيرًا مرضيًا تمامًا. حاول الفيزيائيون ربط هذا الثابت الكوني بطاقة الفراغ الكمومية الموجودة في جميع أنحاء الزمكان ، لكن حساباتهم تقدر قوة التمدد المتسارع بحوالي 120 مرة من الحجم أكبر من اللازم.

لذلك ربما لا تكون الطاقة المظلمة مدمجة مباشرة في الزمكان نفسه. ربما هناك قوة جديدة أو مجال أو جسيم يعمل في الكون - شيء لم يكن معروفًا من قبل النموذج القياسي فيزياء الجسيمات. سيشرح هذا الكيان التوسع المتسارع ، لكن النماذج النظرية تواجه مشكلات هنا أيضًا.



تكمن المشكلة في أنه بمجرد إدخال قوة أو مجال أو جسيم جديد في مزيج مكونات الكون ، فإن تلك القوة أو المجال أو الجسيم ستبدأ في التفاعل مع جميع القوى والحقول والجسيمات الأخرى المعروفة في الفيزياء. ولأنه ليس لدينا أي إشارات إلى أي فيزياء جديدة في أي من تجارب الفيزياء عالية الطاقة (ناهيك عن الطاقة المنخفضة) ، فإن هذا لا يبدو خيارًا قابلاً للتطبيق.

خلف الشاشة

ربما للطاقة المظلمة حيلة أخرى في جعبتها. ربما هناك كيان ما يولد التوسع المتسارع على نطاقات كونية كبيرة ، وشيء ما داخل هذا الكيان يمنعه من التفاعل مع الفيزياء المعروفة في مقاييس النظام الشمسي الصغيرة.

إنه أمر ممتد بعض الشيء ، ولكن نظرًا لعدم وجود فكرة لدينا عن سبب إنشاء الطاقة المظلمة ، فإن الأمر يستحق التحقيق. لكن كيف نجد شيئًا في تجاربنا مصممًا ليكون مخفيًا عن تجاربنا؟



اقترح بعض المنظرين أن الطاقة المظلمة قد تكون ناجمة عن نوع جديد من الجسيمات. لن يكون هذا الجسيم الافتراضي قادرًا على التفاعل مع الجسيمات الأخرى من النموذج القياسي (مثل الإلكترونات والكواركات العلوية) ، لأنه كان من الممكن أن ينتج بكميات كبيرة في مركز الشمس ، حيث تكون الكثافات ودرجات الحرارة عالية بما يكفي حدوث تفاعلات بين الطاقة المظلمة والنموذج القياسي. إن إنتاج جسيمات الطاقة المظلمة داخل الشمس من شأنه أن يفسد توازنها الحراري ، ويغير ناتج الضوء ودرجة الحرارة والعمر. ولأن سلوك الشمس يتماشى تمامًا مع ما نتوقعه بالضبط من النموذج القياسي ، فلا يمكن أن تنتج جسيمات الطاقة المظلمة في قلبها ، وفقًا لتلك النظريات.

لكن تم نشر ورقة حديثة على قاعدة بيانات ما قبل الطباعة arXiv.org يقترح احتمالًا آخر: ربما لا تتصل الطاقة المظلمة مباشرة بأي جسيمات من النموذج القياسي ولكنها تتصل بالفوتونات.

في أعماق الشمس ، توجد منطقة تعرف باسم Tachocline ، حيث يكون المجال المغناطيسي للشمس قويًا للغاية. يتم نقل المجالات المغناطيسية بواسطة الفوتونات ، لذلك يتم إنتاج أطنان من الفوتونات في التاكوكلين. إذا كانت الطاقة المظلمة مرتبطة بطريقة ما بالفوتونات ، فهذا هو المكان الذي يمكن أن تنتج فيه جسيمات الطاقة المظلمة أيضًا.

الآن يمكنك مشاهدته

والنتيجة هي أنه قد تكون هناك بالفعل طريقة يمكن للشمس أن تبث بها جزيئات الطاقة المظلمة. ستطلق جسيمات الطاقة المظلمة هذه عبر ما تبقى من كتلة الشمس ، عبر الفضاء الفارغ ، وتتدفق من خلالك الآن.

هناك كيان آخر في الكون قد يتدفق من خلالك بصمت الآن: المادة المظلمة. المادة المظلمة هي الشكل غير المرئي للمادة التي تشكل أكثر من 80٪ من كتلة الكون. مثل هذا الشكل الافتراضي للطاقة المظلمة ، من المحتمل أن تكون المادة المظلمة مكونة من جسيم غير معروف حاليًا للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات وتياراتها عبر الكون. وهو أيضًا غامض تمامًا.

تبحث العديد من التجارب المنتشرة في جميع أنحاء الأرض عن جسيمات المادة المظلمة المراوغة ، حيث يأمل العلماء في إلقاء نظرة على تفاعل نادر للغاية. في الآونة الأخيرة ، شهدت إحدى تلك التجارب ، XENON1T ، إشارة لا يمكن تفسيرها بالكامل - أول تلميح طفيف لمثل هذا الاكتشاف.

وهناك فرصة ، استنادًا إلى أحدث الأبحاث ، أن ما اكتشفته التجربة ربما لم يكن مادة مظلمة ، بل طاقة مظلمة. إنه ليس اكتشافًا قويًا للغاية ، وهو بعيد كل البعد عن تأكيد لطبيعة الطاقة المظلمة. لكن التلميح هو تلميح. لقد مر أكثر من عقدين منذ الاكتشاف الأصلي للطاقة المظلمة ، وفشلت النظرية والتجربة على حد سواء في تحقيق الكثير من التقدم.

يأمل العلماء أن توفر تجارب اكتشاف المادة المظلمة المستقبلية ، مثل XENONnT و PandaX-4T ، المزيد من البيانات وتعطينا في النهاية لمحة أولى عن الكون المظلم.

تابعنا على TwitterSpacedotcom وعلى Facebook.