ایران اکازیون:سال گذشته، حساس‌ترین ردیاب ماده تاریک در دنیا، اطلاعاتی جدیدی در خصوص این راز کیهانی ارائه داد. این اطلاعات مربوط به ماده تاریک نبود، بلکه به چیز دیگری مربوط می‌شد. گزینه دانشمندان، نوترینوها، آکسیون‌های خورشیدی و یا آلودگی رادیواکتیو بود. اما شاید به انرژی تاریک ربط داشته باشد!
به گزارش بیگ بنگ، اکنون تیم دیگری از فیزیکدانان به پاسخ متفاوتی رسیدند. ممکن است سیگنال با «ماده تاریک» همخوانی نداشته باشد، بلکه به «انرژی تاریک» مربوط شود. اگر این چیزی باشد که باعث ایجاد سیگنال در ردیاب XENONIT شده، پس نقطه عطف بزرگی در جستجوی این نیروی اسرارآمیز می‌باشد.
انرژی تاریک که مسئول انبساط کیهان است همانند ماده تاریک برای ما ناشناخته است. ماده تاریک نامی است که برای جرمی که مستقیماً قابل ردیابی نیست در نظر گرفته‌ایم. وجود آن را از این نظر استنباط می‌کنیم که گرانش در کیهان بیشتر از آن چیزی است که بتوانیم توضیح دهیم و این گرانش اضافه را به ماده تاریک نسبت می‌دهیم. تقریباً ۵ درصد از جهان ما از ماده معمولی تشکیل شده، مثل ستاره‌ها، سیاهچاله‌ها، سیارات و … حدود ۲۱ درصد از ماده تاریک تشکیل شده و ۷۴ درصد دیگر انرژی تاریک می‌باشد.
ما نتوانسته‌ایم انرژی تاریک را مستقیماً کشف کنیم، در عوض وجودش از روی انبساط سریع کیهان کشف شد. چیزی موجب شده کیهان با سرعت زیاد گستردش یابد که قادر به اندازه‌گیری آن نیستیم و آن را انرژی تاریک می‌نامیم.
کیهان‌شناس “سانی واگنوزی” از موسسه کیهان‌شناسی کاولی در انگلیس گفت: «علی‌رغم اینکه ماده تاریک و انرژی تاریک هر دو نامرئی هستند، اطلاعات خیلی بیشتری دربارۀ ماده تاریک داریم؛ زیرا وجود آن در دهه ۱۹۲۰ اعلام شد، اما انرژی تاریک در سال ۱۹۹۸ کشف شد. آزمایشات بزرگ مقیاسی مثل XENONIT برای ردیابی مستقیم ماده تاریک طراحی شده‌اند و به دنبال جستجوی نشانه‌هایی از برخورد ذرات ماده تاریک با ماده معمولی هستند، اما ماده تاریک حتی زیرک‌تر است.»
ردیاب XENONIT یک مخزن با ۳.۲ تن متریک زنون مایع فوق خالص است که آرایه‌هایی از لوله‌های تکثیرکنندۀ نور دارد. این مخزن کاملاً مهر و موم شده و کاملاً تاریک است بنابراین محققان می‌توانند درخشش درخشانی در اثر برهم‌کنش ذرات که منجر به بارش جزئیِ الکترون‌ها از اتم‌های زنون در رویداد عقب‌نشینی الکترون می‌شود را تشخیص دهند.
به دلیل اینکه بیشتر اینها توسط برهم‌کنش ذرات شناخته شده تولید می‌شوند، ایدۀ نسبتاً محکمی در مورد تعداد رویدادهای عقب‌نشینی الکترون در یک نویز پس‌زمینه داریم. این عدد تقریباً ۲۳۲ ± ۱۵ در سال است. جالب است که XENONIT از فوریه سال ۲۰۱۷ تا فوریه سال ۲۰۱۸، ۲۸۵ رویداد را تشخیص داده است.
محتمل‌ترین توضیحی که دانشمندان ارائه می‌دهند نوعی ذره‌ی فرضی است که آکسیون خورشیدی نامیده می‌شود. این ذره در ابتدا در دهه ۱۹۷۰ مطرح شد که تا به این سوال پاسخ دهد که چرا نیروهای اتمی قوی چیزی به نام تقارن برابری بار را دنبال می‌کنند، در حالی که بیشتر مدل‌ها بیان می‌کنند که نیروهای اتمی نیازی به چنین تقارنی ندارند.
اما مشکل اینجاست: اگر خورشید بتواند آکسیون‌ها را تولید کند، بنابراین تمام ستاره‌ها نیز باید بتوانند این کار را انجام دهند. هرچند، اتلاف حرارتیِ مشاهده شده در ستاره‌های میزبان باعث اعمال محدودیت‌های اکیدی برای برهم کنش آکسیون‌ها با ذرات زیراتمی می‌شود.
بنابراین، “واگنوزی” و تیمش اقدام به آزمایش این احتمال کردند که انرژی تاریک می‌تواند مسئول این افزایش تعداد رویدادهای عقب‌نشینی الکترون باشد. در حال حاضر انرژی تاریک یک راز است، اما بیشتر مدل‌های فیزیکیِ انرژی تاریک، نیروی پنجم ناشناخته‌ی طبیعت را فراتر از الکترومغناطیس، گرانش و دو برهم‌کنش هسته‌ای معرفی کردند.
به دلیل اینکه انبساط سریع کیهان فقط در مقیاس‌های بسیار بزرگ قابل تشخیص است و از آنجایی که گرانش در مقیاس‌های محلی کار می‌کند، هر مدل ماده تاریک که یک نیروی پنجم را پیشنهاد دهد باید به درستی توضیح دهد که چرا این نیرو در همسایگیِ نجومی ما مشخص نیست.
“واگنوزی” و تیمش یک روش را بر اساس مغناطیس توسعه دادند که آن را غربالگری آفتاب‌پرست نامیدند؛ این روش باعث می‌شود دیگر نیازی به توضیح این مسئله نباشد که چرا ما نمی‌توانیم نیروی پنجم را مشاهده کنیم، و فرض می‌کند که این نیرو در محیط‌های متراکمی مثل محیط ما بُرد بسیار کوتاهی دارد.
“واگنوزی” گفت: «غربالگری آفتاب‌پرست ما تولید ذرات انرژی تاریک در اشیاء بسیار متراکم را لغو می‌کند و مسائل ناشی از آکسیون‌های خورشیدی را نادیده می‌گیرد. همچنین ما را قادر می‌سازد تا چیزی که در جهان هستی بسیار متراکم محلی ما اتفاق می‌افتد را از چیزی که در بزرگترین مقیاس‌ها رخ می‌دهد، یعنی جایی که تراکم بسیار اندک است، تفکیک کنیم».
نتایج آنها نشان می‌دهد که ذرات انرژی تاریک از یک منطقه‌ی مغناطیسی قوی از خورشید به نام «تاکوکلین» – بین منطقه‌ی همرفتی بیرونی و منطقه‌ی داخلی تابشی – می‌توانند سیگنالِ مشاهده شده در داده‌های XENONIT را تولید کرده باشند. این توضیح با اطمینان ۲.۵ سیگما، نسبت به توضیحِ فقط پس‌زمینه ارجح‌تر است.
این توضیح هنوز به اندازۀ توضیح آکسیون‌های خورشیدی با سطح اطمینانِ ۳.۵ سیگما قوی نیست؛ یا حتی به اندازه‌ی توضیح نوترینوها یا آلودگی رادیواکتیو هر دو با سطح اطمینان ۳.۲ سیگما قوی نمی‌باشد. این توضیح یک راه‌حل جایگزین را ارائه می‌دهد، راه‌حلی که فاقد مسائل سخت است. همانطور که محققان در مقاله‌ی خود نوشتند: «این احتمال وسوسه‌انگیز مطرح می‌شود که XENONIT ممکن است به اولین کشف مستقیم انرژی تاریک رسیده باشد.»
البته اگر سیگنال واقعی باشد. قبل از اینکه به اطمینان برسیم، به یک کشف دیگر احتیاج داریم و با بروزرسانی‌هایی که در حال حاضر بر روی XENONIT در حال اجرا است، کمی باید صبر کنیم. با این حال، حتی اگر سیگنال در عملیات رصد دیگر خودش را نشان ندهد، این مقاله مبنای تفکر خارج از محدودیت را بنا کرده است. “واگنوزی” گفت: «واقعاً تعجب‌آور بود که این افزایش در اصل می‌تواند ناشی از انرژی تاریک بوده باشد، نه ماده تاریک». این تحقیق در مجله‌ی Physical Review D منتشر شده است.
ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ
منبع: sciencealert.com
