من المعروف أنه من الصعب اكتشاف المادة المظلمة. صعب جدًا لدرجة أننا لم نكتشفه بعد. يمكن رؤية الدليل على المادة المظلمة في كل شيء بدءًا من تشوه الضوء بالقرب من المجرات إلى طريقة تجمع المجرات معًا. نحن على يقين من أن المادة المظلمة حقيقية ، لكننا نعرفها أيضًا لا يمكن صنعه من أي نوع من الجسيمات التي نعرفها حاليًا. لكن وجدت دراسة جديدة بعض البيانات المثيرة للاهتمام والتي يمكن أن تكون دليلاً على وجود مادة مظلمة أو لا.
ما نعرفه عن تفاعلات المادة المظلمة. الائتمان: معهد المحيط
الخاصية المركزية للمادة المظلمة هي أنها لا تتفاعل بقوة مع المادة العادية أو الضوء. نظرًا لأنها تشكل معظم المادة في الكون ، فيجب أن تكون غير مرئية تقريبًا وإلا لكنا قد رأيناها منذ فترة طويلة. لكن يجب أن تتفاعل مع المادة العادية بطرق خفية ، على غرار الطريقة التي تتفاعل بها النيوترينوات مع المادة.
تتجاهل النيوترينوات في الغالب المادة العادية. في الوقت الحالي ، يتدفق ما يقرب من تريليون نيوترينوات عبر جسمك كل ثانية ، ولن تلاحظ ذلك أبدًا. ولكن بين الحين والآخر يمكن أن يصطدم النيوترينو بنواة الذرة ، مما ينتج عنه عدد قليل من الفوتونات الضالة أو الجسيمات الأولية. هذه الاصطدامات نادرة جدًا لدرجة أن مراصد النيوترينو غالبًا ما تشتمل على كاشفات حساسة داخل مناطق كبيرة من السوائل أو الجليد. بما أن المادة المظلمة يجب أن تتفاعل بالمثل مع المادة العادية ، فإن مراصد المادة المظلمة تتبع تصميمًا مشابهًا.
يتصادم محور افتراضي مع الإلكترونات في XENON1T. الائتمان: مختبر المسرع الوطني SLAC
يعد تعاون XENON1T أحد تجارب المادة المظلمة. مدفونًا في أعماق الأرض ، يتضمن مصفوفة كاشف مملوءة بطن من الزينون السائل المنقى. يستخدم المشروع الزينون بدلاً من الماء لأنه كان يبحث عن جسيمات المادة المظلمة الثقيلة المعروفة باسم WIMPs. إذا كانت موجودة ، فستكون WIMPs أثقل بكثير من النيوترينوات ، مما يعني أنها ستنتج توقيعًا مميزًا عندما تصطدم بالمادة العادية. لذلك يمكن لـ XENON1T أن يضبط بشكل فعال الإشارات الشاردة الأخرى للتركيز فقط على WIMPs.
لسوء الحظ ، لم يكتشف الفريق أي WIMPs. لذا قام الفريق بتعديل تجربتهم للبحث عن نوع آخر من جسيمات المادة المظلمة المعروفة باسم الأكسيونات. تم اقتراح الأكسيونات لأول مرة في عام 1977 لحل بعض المشاكل الدقيقة في فيزياء الجسيمات ، لكن خصائصها النظرية مماثلة لتلك الخاصة بالمادة المظلمة.
تكمن المشكلة في أن إشارة المحور في XENON1T ستكون مشابهة للعديد من الإشارات الأخرى. أشياء مثل التحلل الإشعاعي للذرات في الكاشف ، أو اصطدام النيوترينو العرضي. لكن هذه التأثيرات معروفة ، لذا يمكنك حساب عدد الأحداث المتوقعة. إذا كانت الأكسيونات حقيقية ، فيجب أن تنتج الكثير من الأحداث. ستكون إشارة فوق ضوضاء الخلفية. هذا بالضبط ما رآه الفريق.
الأحداث الزائدة التي شاهدها XENON1T. الائتمان: إي أبريل وآخرون
يمكنك أن ترى هذا في شكل من ورقتهم. يُظهر الخط الأحمر إشارة الخلفية المتوقعة ، بينما الأشرطة السوداء هي بيانات XENON1T. توافق في الغالب ، باستثناء الطرف السفلي للطاقة. عند إجراء العمليات الحسابية ، يكون فائض 3.5 سيجما. إنها ليست عالية بما يكفي لتكون حاسمة ، لكنها أكثر من كافية لتكون ممتعة.
في حين أن هذا مثير ، يؤكد المؤلفون أن هذا ليس دليلاً قاطعًا على المادة المظلمة. في حين أن هذا هو نوع محاور الإشارة التي يمكن أن تنتجها ، إلا أن الكثير من الأشياء الأخرى يمكن أن تنتج إشارة مماثلة. يمكن أن يحتوي الكاشف على بعض التلوث الصغير ، مثل كميات ضئيلة من الهيدروجين 3. قد يكون هناك أيضًا بعض العمليات الفيزيائية الفلكية التي تنتج النيوترينوات ، على الرغم من أن ذلك يبدو أقل احتمالًا. النقطة المهمة هي أننا يجب أن نكون حذرين. إذا كانت هذه إشارة أكسيون ، فسوف تؤكدها دراسات أخرى.
المرجعي:إي أبريل ، وآخرون. ' مراقبة أحداث الارتداد الإلكتروني الزائدة في XENON1T . 'طبع arXiv المسبقarXiv: 2006.09721 (2020).