تقترح نظرية جديدة أن المادة المظلمة يمكن أن تكون لاجئًا كونيًا إضافيًا

المادة المظلمة، المادة المراوغة التي تمثل غالبية الكتلة في الكون ، قد تتكون من جسيمات ضخمة تسمى الجرافيتونات ظهرت إلى الوجود لأول مرة في اللحظة الأولى بعد الانفجار العظيم.

تقترح نظرية جديدة أن هذه الجسيمات الافتراضية قد تكون لاجئين كونيين من أبعاد إضافية.

تشير حسابات الباحثين إلى أن هذه الجسيمات يمكن أن تكون قد تم إنشاؤها بالكميات الصحيحة فقط للشرح المادة المظلمة، والتي لا يمكن “رؤيتها” إلا من خلال جاذبيتها على المادة العادية.

تنتج الجرافيتونات الضخمة عن طريق اصطدام الجسيمات العادية في بدايات الكون.

يُعتقد أن هذه العملية نادرة جدًا بالنسبة إلى الجرافيتونات الضخمة لتكون مرشحة للمادة المظلمة ، “هذا ما قاله المؤلف المشارك في الدراسة ، جياكومو كاتشياباليا ، الفيزيائي بجامعة ليون في فرنسا ، لـ Live Science.

لكن في دراسة جديدة نشرت في فبراير في المجلة خطابات المراجعة المادية، Cacciapaglia ، جنبًا إلى جنب مع الفيزيائيين بجامعة كوريا Haiying Cai و Seung J. Lee ، وجدوا أن عددًا كافيًا من هذه الجرافيتونات قد تم تصنيعه في بداية الكون لحساب كل المادة المظلمة التي نكتشفها حاليًا في الكون.

وجدت الدراسة أن الجرافيتونات ، إذا كانت موجودة ، سيكون لها كتلة أقل من 1 ميغا إلكترون فولت (MeV) ، لذلك لا تزيد عن ضعف كتلة الإلكترون.

مستوى الكتلة هذا أقل بكثير من المقياس الذي عنده هيغز بوزون يولد كتلة للمادة العادية – وهو أمر أساسي للنموذج لإنتاج ما يكفي منها لتفسير كل المادة المظلمة في الكون. (للمقارنة ، أخف جسيم معروف هو نيوترينو، يزن أقل من 2 إلكترون فولت ، بينما يزن البروتون حوالي 940 ميغا إلكترون فولت ، وفقًا لـ المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا.)

وجد الفريق هذه الجرافيتونات الافتراضية أثناء البحث عن أدلة ذات أبعاد إضافية ، والتي يشك بعض علماء الفيزياء في وجودها جنبًا إلى جنب مع الأبعاد الثلاثة المرصودة للفضاء والبعد الرابع ، الوقت.

في نظرية الفريق ، متى الجاذبية ينتشر من خلال أبعاد إضافية ، ويتجسد في كوننا كغرافيتونات ضخمة.

لكن هذه الجسيمات ستتفاعل بشكل ضعيف مع المادة العادية ، وفقط عن طريق قوة الجاذبية.

هذا الوصف مشابه بشكل مخيف لما نعرفه عن المادة المظلمة ، التي لا تتفاعل مع الضوء ولكن لها تأثير جاذبي محسوس في كل مكان في الكون. تأثير الجاذبية هذا ، على سبيل المثال ، هو ما يمنع المجرات من التحليق بعيدًا.

قال كاتشياباليا: “الميزة الرئيسية للجرافيتونات الضخمة كجسيمات مادة مظلمة هي أنها تتفاعل فقط من خلال الجاذبية ، وبالتالي يمكنها الهروب من محاولات الكشف عن وجودها”.

في المقابل ، اقترح مرشحون آخرون للمادة المظلمة – مثل تفاعل الجسيمات الضخمة الضعيفة ، والأكسيونات ، و النيوترينوات – يمكن الشعور بها أيضًا من خلال تفاعلاتهم الدقيقة للغاية مع القوى والمجالات الأخرى.

تقدم حقيقة أن الجرافيتونات الضخمة بالكاد تتفاعل عن طريق الجاذبية مع الجسيمات والقوى الأخرى في الكون ميزة أخرى.

قال Cacciapaglia: “نظرًا لتفاعلاتها الضعيفة جدًا ، فإنها تتحلل ببطء شديد بحيث تظل مستقرة طوال عمر الكون. وللسبب نفسه ، يتم إنتاجها ببطء أثناء توسع الكون وتتراكم هناك حتى اليوم.”

في الماضي ، اعتقد الفيزيائيون أن الجرافيتونات كانت مادة مظلمة مرشحة على الأرجح لأن العمليات التي تنتجها نادرة للغاية. نتيجة لذلك ، سيتم إنشاء الجرافيتونات بمعدلات أقل بكثير من الجسيمات الأخرى.

لكن الفريق وجد ذلك في البيكو ثانية (تريليون من الثانية) بعد الانفجار العظيم، كان من الممكن إنشاء المزيد من هذه الجرافيتونات أكثر مما اقترحت النظريات السابقة.

وجدت الدراسة أن هذا التعزيز كان كافيًا للجرافيتونات الضخمة لتفسير كمية المادة المظلمة التي نكتشفها في الكون تمامًا.

وقالت كاتشياباليا: “لقد كان التعزيز بمثابة صدمة”. “كان علينا إجراء العديد من الفحوصات للتأكد من أن النتيجة كانت صحيحة ، حيث ينتج عنها نقلة نوعية في الطريقة التي نعتبر بها الجرافيتونات الضخمة مرشحة محتملة للمادة المظلمة.”

لأن الجرافيتونات الضخمة تتشكل تحت مقياس الطاقة في هيغز بوزون، يتم تحريرها من عدم اليقين المتعلق بمقاييس الطاقة الأعلى ، والتي لا تصفها فيزياء الجسيمات الحالية بشكل جيد.

تربط نظرية الفريق الفيزياء التي تمت دراستها في مسرعات الجسيمات مثل مصادم هادرون كبير مع فيزياء الجاذبية.

هذا يعني أن مسرعات الجسيمات القوية مثل Future Circular Collider في CERN ، والتي يجب أن تبدأ العمل في عام 2035 ، يمكن أن تبحث عن أدلة على جسيمات المادة المظلمة المحتملة.

قال كاتشياباليا: “من المحتمل أن تكون أفضل لقطة لدينا هي مصادم الجسيمات عالي الدقة في المستقبل”. “هذا شيء نحقق فيه حاليًا.”

تم نشر هذه المقالة في الأصل من قبل العلوم الحية. إقرأ ال المقال الأصلي هنا.