شناخت مرموزترین ماده جهان که قابل دیدن نیست

مشاهدات کیهانی از مدارهای ستارگان و کهکشان‌ها مشخص کرده است که نیروهای گرانشی عمل کننده بین اجرام فلکی بطور کامل با ماده مرئی که ما می‌بینیم قابل توضیح نیست. این مساله حاکی از احتمال وجود یک نوع دیگر و ناشناخته از ماده است که بر حرکت و توسعه کهکشان‌ها تاثیر می گذارد.

در سال ۱۹۳۳، «فریتز زویکی» (Fritz Zwicky) فیزیک‌دان سوئیسی از وجود ماده تاریک صحبت کرد؛ نوعی از ماده که بطور مستقیم قابل دیدن نیست اما به علت تاثیرات گرانشی آن قابل ردیابی است. اعتقاد بر این است که ماده تاریک حدود ۸۵ درصد از جرم در کیهان را تشکیل می‌دهد و در حدود پنج برابر بیشتر از ماده قابل دیدن جرم دارد.

به تازگی و متعاقب یک آزمایش دقیق ابداع شده در «مرکز فیزیک بنیادی آلبرت انیشتین» در دانشگاه برن، یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی موفق شد که مقیاس را برای وجود ماده تاریک تا حد زیادی محدود سازد. مرکز یادشده با بیش از ۱۰۰ عضو یکی از سازمان های تحقیقاتی اصلی جهان در زمینه فیزیک ذرات به شمار می‌رود. نتایج این تحقیقات در نشریه «نامه‌های بازبینی فیزیکی» (Physical Review Letters) منتشر شده است.

اسرار مربوط به ماده تاریک

«ایوو شولتس» (Ivo Schulthess) دانشجوی دکتری در مرکز فیزیک آلبرت انیشتین و مولف ارشد این مطالعه می‌گوید: اینکه ماده تاریک واقعا از چه چیزی ساخته شده، هنوز کاملا روشن نشده است.

اما آنچه مشخص است این است که ماده تاریک از همان ذرات تشکیل دهنده ستارگان، سیاره زمین و ما انسان‌ها ساخته نشده است.

"مشاهدات کیهانی از مدارهای ستارگان و کهکشان‌ها مشخص کرده است که نیروهای گرانشی عمل کننده بین اجرام فلکی بطور کامل با ماده مرئی که ما می‌بینیم قابل توضیح نیست"در سطح جهان آزمایش ها و روش های بطور فزاینده حساسی برای جستجوی برای ذرات احتمالی ماده تاریک در حال استفاده است که تاکنون موفقیتی نداشته‌اند.

ذرات اولیه فرضی مشخصی موسوم به اکسیون‌ها (axions) یک مقوله امیدوارکننده از نامزدهای احتمالی برای ذرات ماده تاریک هستند. یک مزیت مهم این ذرات به شدت سبک‌ وزن، این است که آنها همزمان می‌توانند سایر پدیده‌های مهم در فیزیک ذرات را که تاکنون شناخته نشده‌اند نیز توضیح بدهند.

آزمایش «برن» بر تاریکی نور می‌تاباند

«فلوریان پیگسا» (Florian Piegsa) استاد فیزیک در مرکز آلبرت انیشتین می‌گوید: به لطف دانش و تجربه سال‌های گذشته، تیم تحقیقاتی ما موفق به طراحی و ساخت یک دستگاه اندازه‌گیری به شدت حساس برای انجام آزمایش Beam EDM شده است. اگر اکسیون‌های گریزپا واقعا وجود داشته باشند، در این صورت آنها باید یک ردپای مشخص از خودشان در این دستگاه اندازه‌گیری بر جا بگذارند.

شولتس در این خصوص گفت: این آزمایش، ما را قادر می‌سازد تا فرکانس چرخشی نوترون‌ها در میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی را مشخص کنیم. چرخش هر نوترون منفرد به مانند نوعی سوزن قطب‌نما عمل می‌کند. ما این فرکانس چرخشی را بطور دقیق اندازه گیری کردیم و آن را برای کوچکترین نوسانات متناوب (periodic) که ناشی از تراکنش با اکسیون‌ها است، بررسی کردیم.

پیگسا افزود: نتیجه این آزمایش‌ها روشن بود: فرکانس چرخشی نوترون‌ها بدون تغییر باقی ماند که به این معنی است هیچ مدرکی از اکسیون‌ها در اندازه‌گیری‌های ما وجود ندارد.

این اندازه‌گیری‌ها به دانشمندان اجازه می‌دهد که یک پارامتر قبلا آزمایش نشده را از آزمایشات خود کنار بگذارند و همچنین نشان داد که جستجو برای اکسیون‌های فرضی که بیش از هزار بار سنگین‌تر از تصورات قبلی با آزمایشات دیگر بود، امکان پذیر است.

وی توضیح داد: هر چند وجود این ذرات همچنان اسرارآمیز است اما ما با موفقیت یک پارامتر مهم فضای ماده تاریک را کنار گذاشتیم. آزمایش های آینده می‌تواند در ادامه این آزمایش انجام شود. در نهایت پاسخ دادن به سوال ماده تاریک نگرش‌های مهمی به ما درباره اساس و بنیاد طبیعت خواهد داد و ما را یک گام مهم به سمت شناخت کامل کیهان نزدیکتر خواهد کرد.

۵۸۵۸