على الجهد البحثي لفك طبيعة وخصائص المادة المظلمة، عن طريق قياس التفاعلات بينها وبين جزيئات المادة الأخرى
يبدو أن المادة الغامضة التي نسميها "المادة المظلمة" هي نوع جديد من المواد لم يتم اكتشافه بعد، وهي تتكون من جسيمات مجهولة تتواجد حولنا في كل مكان وفي أي لحظة.
فيزياء الجسيمات هي أحد فروع الفيزياء التي تدرس الجسيمات الأولية وردود الفعل والقوى المؤثرة بينها. الجسيمات الأولية هي لبنات بناء المادة (التي لا تتكون من جسيمات أخرى) - بما في ذلك الإلكترونات والكواركات والفوتونات والجلونات - وهناك تفاعلات بينها (مثل الفعل المتبادل، أو القوة التي تمارسها على بعضها البعض أو قوة الطاقة التي تؤثر بها على بعضها البعض). الاصطدام بينهما). ومن خلالها يمكنك اكتشاف معلومات جديدة عن العالم من حولنا والمواد التي يتكون منها. لا تظهر العديد من الجسيمات الأولية في الأوضاع الطبيعية في الطبيعة، ولكن يمكن إنشاؤها واكتشافها أثناء الاصطدامات النشطة لجسيمات أخرى، كما يحدث، على سبيل المثال، في مسرعات الجسيمات.
البروفيسور يونيت هوشبيرغ من معهد راكا للفيزياء في الجامعة العبرية في القدس، هو عالم فيزياء نظرية في مجال فيزياء الجسيمات. يستخدم علماء الفيزياء النظرية الأدوات النظرية والرياضية لوصف الأنظمة الفيزيائية الطبيعية وتقديم تنبؤات حول سلوكها والتي يمكن اختبارها من خلال التجارب والملاحظات. يقول البروفيسور هوشبيرج: "في فيزياء الجسيمات نطرح أسئلة أساسية حول الطبيعة، وما هي الجسيمات الأولية التي تتكون منها، وكيف تتفاعل مع بعضها البعض. بالإضافة إلى ذلك، نحاول أن نفهم كيف تم خلق الكون والمجرات والنجوم، لفك رموز التاريخ الكوني، حتى الانفجار الأعظم".
للإجابة على هذه الأسئلة، يعتمد الباحثون بشكل أساسي على النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات - الذي يصف جميع الجسيمات الأولية السبعة عشر التي نعرفها. ومع ذلك، يقول البروفيسور هوشبيرج: "من ناحية، فإن النموذج دقيق بشكل لا يصدق. ومن ناحية أخرى، نعلم أن هناك العديد من الجسيمات والمواد التي لا يصفها النموذج، وأن لدينا علامات وتلميحات على وجودها. على سبيل المثال، نحن نعلم أن الكون يحتوي على خمسة أضعاف المادة المظلمة، مقارنة بكمية المادة العادية (الجسيمات الأولية) التي نعرفها؛ والنموذج القياسي لا يصفه على الإطلاق. تشير هذه الحالة إلى أن النموذج القياسي، على ما يبدو، ليس سوى قمة جبل الجليد لوصف العالم.
المادة المظلمة هي مادة افتراضية في الفيزياء، لا يمكن رؤيتها. ويفترض العديد من الباحثين وجودها، بناءً على تأثيراتها على الجاذبية، والتي يتم التعبير عنها من بين أشياء أخرى في حركة النجوم. "نحن نعلم من ملاحظات وقياسات إشعاع الخلفية الكونية، وحركة النجوم في المجرات وتداخل الضوء في الفضاء، أن هناك قوة جاذبية من المحتمل أن تمارسها المادة المظلمة. ويبدو أن هذه المادة ضرورية لتطور الكون وأنها تلعب دورا مركزيا في تكوين المجرات والنجوم. أي أن المادة المظلمة موجودة حولنا طوال الوقت، ولا يمكنك رؤيتها ولكن يمكنك الشعور بها. لذلك، نحاول تتبع هويته - ما هي الجسيمات التي يتكون منها، وخصائصها وطريقة تواصلها مع بعضها البعض ومع الجسيمات الأولية"، يوضح البروفيسور هوشبيرج.
ويقدم البروفيسور هوشبيرج أفكارًا من شأنها أن تساهم في فك رموز جوهر المادة المظلمة وخصائصها، بما في ذلك قياس التفاعلات بينها وبين الجسيمات الأخرى، أي قياس الطاقة التي ستؤدي إلى كشفها. وفي أحدث أبحاثها المدعومة بمنحة من مؤسسة العلوم الوطنية، أشارت إلى أن مواد مثل السيليكون والألماس، التي تتكون من إلكترونات، قد تساعد في ذلك. ووفقا لها، "إن المادة المظلمة تتحرك بيننا طوال الوقت، وإذا كانت خفيفة - فيمكن الشعور بحركتها بعد إزاحة المادة الخفيفة. إذا استشعر الكاشف، في تجربة تختبر مواد مثل السيليكون والألماس، اصطدام جسيم ما، فسنعرف أن الإلكترونات قد اصطدمت بالمادة المظلمة. ستبحث معظم التجارب اليوم عن المادة المظلمة في نطاق الكتلة الثقيلة. أحاول فتح نافذة لتجارب جديدة تبحث عنها في نطاقات كتلة متنوعة - على سبيل المثال في كتلة خفيفة تشبه الإلكترون وليس البروتون. إذا بحثنا عن المادة المظلمة في مجال كتلة واحد فقط، فليس من المؤكد أننا سنتمكن من اكتشافها".
يقترح البروفيسور هوشبيرج إنشاء كاشف للأسلاك النانوية فائقة التوصيل، يصل وزنها إلى جزء من المليار من الجرام. سيكون مثل هذا الكاشف حساسًا للطاقات الصغيرة، وبالتالي سيكون قادرًا على استشعار التفاعل مع المادة المظلمة الخفيفة.
بالإضافة إلى ذلك، يقترح البروفيسور هوشبيرج إنشاء كاشف للأسلاك النانوية فائقة التوصيل، يصل وزنها إلى جزء من المليار من الجرام. وتقول: "الموصلات الفائقة حساسة للطاقات الصغيرة، وبالتالي يمكنها الشعور بالتفاعل مع المادة المظلمة الخفيفة". "هناك ميزة أخرى متأصلة في حقيقة أن مستوى الضوضاء منخفض - فهي تتفاعل بشكل أقل مع الجسيمات الأخرى في البيئة وسيتم تنشيطها عند الاصطدام بالمادة المظلمة."
وقد بدأت بالفعل بعض التجارب المبنية على هذه الأفكار وهي في مراحل متقدمة. "أنا على اتصال وثيق مع علماء الفيزياء التجريبية وأقدم لهم مواد ذات حساسية عالية للمادة المظلمة من أجل زيادة فرصة اكتشافها قدر الإمكان. من الممكن بهذه الطريقة أن نتمكن من اكتشاف ذلك في مجال المقالات التي لم يستكشفها أحد بعد"، يخلص البروفيسور هوشبيرج.
الحياة نفسها:
البروفيسور يونيت هوشبيرغ، متزوج (لعالم فيزياء) وله طفلان (3، 5 أعوام)، نشأ في القدس وما زال يعيش فيها حتى اليوم. يحب السفر والقراءة واللعب مع الأطفال ويحب التماسيح.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
- عبر الزمان والمكان: رحلة ملحمية لنجم غامض إلى مركز درب التبانة
- اكتشف علماء الفلك انفجارات راديوية سريعة وقوية تؤثر على المجرات القريبة وتساعد في العثور على المادة المظلمة
- يشير بحث جديد إلى أن المادة المظلمة قد تكون مكونة من فوتونات مظلمة
- المادة المظلمة: هل يجب أن نكون متأكدين من وجودها؟ هذه هي الطريقة التي يمكن أن تساعد بها الفلسفة
- الرئيس التنفيذي لشركة Cern رولف هوير: حلمي هو العثور على أول جسيم للمادة المظلمة. المقال الأول بعد جولة في مرافق سيرن
