يمكن اكتشاف المادة المظلمة المراوغة باستخدام الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)
أنت تعرف القول المأثور: 'إذا كنت تريد إخفاء شيء ما ، فضعه على مرأى من الجميع؟' حسنًا ، وفقًا لاقتراح جديد من قبل اثنين من أساتذة الفيزياء ، قد يكون هذا المنطق هو السبب الذي جعل العلماء يكافحون لفترة طويلة للعثور على الكتلة الغامضة التي يعتقد أنها تشكل 27٪ من المادة في الكون.
باختصار ، يعتقد هذان الفيزيائيان أنه يمكن العثور على المادة المظلمة بنفس الطريقة التي يمكنك من خلالها العثور على أسرع طريق للعمل: من خلال استشارة نظام تحديد المواقع العالمي.
اقترح Andrei Derevianko من جامعة نيفادا و Reno و Maxim Pospelov من جامعة فيكتوريا ومعهد Perimeter للفيزياء النظرية في كندا هذه الطريقة في وقت سابق من هذا العام في سلسلة من المؤتمرات العلمية الشهيرة ، حيث قوبلت بموافقة عامة .
تدعو فكرتهم إلى استخدام الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وشبكات الساعة الذرية الأخرى ومقارنة أوقاتهم للبحث عن التناقضات. يقترح Derevianko و Pospelov أن المادة المظلمة يمكن أن يكون لها تأثير مدمر على الساعات الذرية ، وأنه من خلال النظر في الشبكات الحالية للساعات الذرية ، قد يكون من الممكن تحديد جيوب المادة المظلمة من خلال توقيعها المميز.
بدأ الاثنان في اختبار هذه النظرية من خلال تحليل بيانات الساعة من 30 قمرًا صناعيًا لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، والتي تستخدم الساعات الذرية للملاحة اليومية. يمكن استخدام الشبكات المرتبطة بالساعات الذرية ، مثل GPS وبعض الشبكات الأرضية الموجودة بالفعل ، كأداة قوية للبحث عن الخلل الطوبولوجي للمادة المظلمة حيث تصبح الساعات المتزامنة مبدئيًا غير متزامنة.
تشير صورة تلسكوب هابل الفضائي لعدسات الجاذبية في العنقود المجري أبيل 2218 إلى وجود كمية كبيرة من المادة المظلمة. الائتمان: NASA / Andrew Fruchter / STScI
قال ديريفيانكو ، الأستاذ في كلية العلوم في الجامعة ، 'على الرغم من وجود أدلة رصد قوية لوجود المادة المظلمة ، إلا أن طبيعتها تظل لغزا'. تفترض بعض البرامج البحثية في فيزياء الجسيمات أن المادة المظلمة تتكون من مادة تشبه الجسيمات الثقيلة. قد لا يكون هذا الافتراض صحيحًا ، وهناك اهتمام كبير بالبدائل '.
يعتمد اقتراحهم على فكرة أن المادة المظلمة يمكن أن تأتي من تصدعات في الحقول الكمومية للكون والتي يمكن أن تزعج الخصائص الأساسية مثل كتلة الإلكترون ، ويكون لها تأثير على الطريقة التي نقيس بها الوقت. يمثل هذا استراحة من وجهة النظر التقليدية القائلة بأن المادة المظلمة تتكون من جسيمات دون ذرية مثل WIMPs والأكسيونات.
قال ديريفيانكو: 'يسعى بحثنا إلى فكرة أن المادة المظلمة يمكن تنظيمها كمجموعة كبيرة تشبه الغازات من العيوب الطوبولوجية ، أو شقوق الطاقة'. نقترح الكشف عن العيوب ، المادة المظلمة ، لأنها تجتاحنا بشبكة من الساعات الذرية الحساسة. الفكرة هي ، حيث تخرج الساعات من التزامن ، سنعرف أن المادة المظلمة ، الخلل الطوبولوجي ، قد مرت. في الواقع ، نتصور استخدام كوكبة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) كأكبر كاشف للمادة المظلمة من صنع الإنسان '.
يتعاون Derevianko في تحليل بيانات GPS مع Geoff Blewitt ، مدير مختبر نيفادا الجيوديسي ، أيضًا في كلية العلوم بجامعة نيفادا ، رينو. قام Geodetic Lab بتطوير وصيانة أكبر مركز معالجة بيانات GPS في العالم ، وهو قادر على معالجة المعلومات من حوالي 12000 محطة حول العالم بشكل مستمر ، على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع.
رسم فني لأنبوب مفرغ ، أحد المكونات الرئيسية للساعة الذرية. الائتمان: ناسا
شرح Blewitt ، وهو فيزيائي أيضًا ، كيف يمكن لمجموعة من الساعات الذرية اكتشاف المادة المظلمة.
قال: 'نحن نعلم أن المادة المظلمة يجب أن تكون موجودة ، على سبيل المثال ، لأنه يُنظر إليها على أنها تنحني الضوء حول المجرات ، لكن ليس لدينا دليل على ما يمكن أن تتكون منه'. 'إذا لم تكن المادة المظلمة موجودة ، فإن المادة العادية التي نعرف عنها لن تكون كافية لثني الضوء بقدر ما هو موجود. هذه فقط إحدى الطرق التي يعرف بها العلماء أن هناك كمية هائلة من المادة المظلمة في مكان ما في المجرة. أحد الاحتمالات هو أن المادة المظلمة في هذا الغاز قد لا تتكون من جسيمات مثل المادة العادية ، ولكن من عيوب مجهرية في نسيج الزمكان.
'تكتسح الأرض هذا الغاز أثناء دورانها حول المجرة. بالنسبة لنا ، قد يبدو الغاز وكأنه رياح مجرية من المادة المظلمة التي تهب عبر نظام الأرض وتوابعها. عندما تنفجر المادة المظلمة ، قد يتسبب ذلك أحيانًا في عدم تزامن ساعات نظام GPS مع نمط المنبه خلال فترة تبلغ حوالي 3 دقائق. إذا تسببت المادة المظلمة في عدم تزامن الساعات بأكثر من جزء من المليار من الثانية ، فيجب أن نكون قادرين بسهولة على اكتشاف مثل هذه الأحداث '.
قال جيف طومسون ، الفيزيائي وعميد كلية العلوم بالجامعة ، 'هذا النوع من العمل يمكن أن يكون تحويليًا في العلوم ويمكن أن يغير تمامًا طريقة تفكيرنا في كوننا'. 'أندريه عالم فيزياء من الطراز العالمي وقد قدم بالفعل مساهمات جوهرية في الفيزياء. إنه لأمر عجيب مشاهدة العمل الرائع الذي يأتي منه ومن مجموعته '.
Derevianko يدرس فيزياء الكم والمواد ذات الصلة في جامعة نيفادا ، رينو. قام بتأليف أكثر من 100 مطبوعة محكمة في الفيزياء النظرية. وهو زميل الجمعية الفيزيائية الأمريكية ، وزميل سيمونز في الفيزياء النظرية وباحث في برنامج فولبرايت. من بين مجموعة متنوعة من الموضوعات البحثية ، ساهم في تطوير عدة فئات جديدة من الساعات الذرية واختبارات الدقة للتماثلات الأساسية مع الذرات والجزيئات.
ظهر بحثهم في وقت سابق من هذا الأسبوع في النسخة الإلكترونية من المجلة العلمية فيزياء الطبيعة ، قبل النسخة المطبوعة.
قراءة متعمقة: جامعة نيفادا