تستمر المادة المظلمة في مقاومة أفضل جهودنا لتحديدها. بينما تظل المادة المظلمة نظرية سائدة في علم الكونيات ، وهناك الكثير من الأدلة التي تدعم كونًا مليئًا بالمادة المظلمة الباردة ، فإن كل بحث عن جسيمات المادة المظلمة لا ينتج عنه أي شيء. تواصل دراسة جديدة هذا التقليد ، مستبعدة مجموعة من المواد المظلمة المرشحة.
ما نعرفه عن تفاعلات المادة المظلمة. الائتمان: معهد المحيط
إذا كانت جسيمات المادة المظلمة موجودة ، فإننا نعلم أنها لا تستطيع التفاعل بقوة مع الضوء. يجب أن يتفاعلوا بقوة الجاذبية ، وقد يتفاعلون عبر القوى النووية القوية والضعيفة أيضًا. نعلم أيضًا أنها لا يمكن أن تكون جسيمات عالية الكتلة. إذا كانت كذلك ، فسوف تتحلل بمرور الوقت إلى جسيمات أخف ، ولا نرى أدلة على ذلك. يترك هذا ثلاثة مرشحات عريضة: ثقوب سوداء صغيرة ، نيوترينوات معقمة أو نوع من البوزون الخفيف. يركز هذا العمل الأخير على الخيار الثالث.
جدول الجسيمات فوق التماثل. الائتمان: كلير ديفيد / سيرن
يمكن تصنيف جسيمات المادة الأولية المعروفة في إحدى فئتين: الفرميونات والبوزونات. لذا ، فإن الإلكترونات والكواركات والنيوترينوات هي فرميونات ، بينما الفوتونات والغلونات هي بوزونات. ضمن النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، لا توجد بوزونات تناسب فاتورة المادة المظلمة. لكن بعض النماذج البديلة تتنبأ بالجسيمات التي يمكن أن تكون مادة مظلمة. تتنبأ نماذج التناظر الفائق ، على سبيل المثال ، بأن كل فرميون معروف يجب أن يكون له بوزون مقابل والعكس صحيح. وبالتالي ، سيكون للإلكترون بوزون نظير يُعرف باسم Selectron ، وسيكون للفوتون نظير فيرميون يُعرف بالفوتينو ، وهكذا دواليك. احتمال آخر الأكسيونات التي تم اقتراحها في عام 1977 لمعالجة الجوانب الدقيقة لكيفية تفاعل الكواركات.
يمكن أن تكون جزيئات الأكسيونات والتناظر الفائق بوزونات منخفضة الكتلة وتفي باحتياجات المادة المظلمة. ولكن إذا كان أي منهما موجودًا ، فلم يتم العثور عليهما حتى الآن. ومع ذلك ، ستتفاعل هذه البوزونات الخفيفة مع المادة العادية بجاذبية ، ومن هنا جاءت هذه الدراسة الأخيرة.
يمكن للبوزونات إبطاء ثقب أسود مثل قفز الأطفال في دوامة. الائتمان: جوزيه لويس أوليفاريس ، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
إذا كانت المادة المظلمة مكونة من بوزونات فاتحة ، فإن هذه الجسيمات ستنتشر عبر الكون ، بما في ذلك الثقوب السوداء القريبة. يمكن للثقب الأسود أن يلتقط الجاذبية البوزونات القريبة ، وبالتالي تزيد كتلته. إذا كان الثقب الأسود يدور ، فإن التقاط جسيمات المادة المظلمة يميل أيضًا إلى إبطاء دورانه. يمكنك أن تتخيل الأطفال في ملعب به لعبة دوّارة. إذا قفز الأطفال على الدوامة أثناء دورانها ، فسوف تتباطأ حركة الدوامة قليلاً بسبب الكتلة المضافة. الأمر نفسه ينطبق على الثقوب السوداء.
بعبارة أخرى ، ستحد بوزونات المادة المظلمة من معدل دوران الثقوب السوداء. أدرك الفريق أن البوزونات الأثقل ستحد من الثقوب السوداء بشكل أكبر ، وأن البوزونات الأخف ستقيدها بدرجة أقل. لذلك نظروا إلى بيانات LIGO و Virgo لدمج الثقوب السوداء ، والتي تخبرنا بمعدل دوران الثقوب السوداء قبل اندماجها. اتضح أن بعض هذه الثقوب السوداء تدور بسرعة كبيرة بحيث تستبعد وجود بوزونات المادة المظلمة فائقة الخفة. بناءً على هذه الدراسة ، لا يمكن أن تكون المادة المظلمة عبارة عن أكسيونات أو جسيمات تناظر فائق للضوء.
لذا ، مرة أخرى ، أظهر لنا البحث عن المادة المظلمة ليس ما هي المادة المظلمة ، ولكن ما هي ليست كذلك. إنه أمر محبط للغاية ، ومن المحتمل أن يكون مثيرًا لأن خيارات المادة المظلمة تنفد بسرعة.
المرجعي:نج ، كين كي ، وآخرون. ' القيود المفروضة على البوزونات العددية الخفيفة جدًا ضمن قياسات الثقب الأسود تدور من LIGO-Virgo GWTC-2 . 'خطابات المراجعة المادية126.15 (2021): 151102.
