الذرات المظلمة: علماء الفيزياء الفلكية يقدمون تفسيرًا لغموض ثلاثين عامًا من الملاحظات في مختبر إيطالي

إن وجود كتلة مخفية في الكون – المادة المظلمة – لا شك فيه اليوم. وهي تتجلى فقط من خلال الجاذبية، مما يمنع المجرات من الانهيار والتأثير على انتشار الضوء. كل ما نلاحظه: النجوم والكواكب والغاز – يشكل حوالي خمسة بالمائة فقط من الكون، والباقي غير مرئي. يعتقد معظم العلماء أن المادة المظلمة تتكون من جسيمات غير معروفة بالكاد تتفاعل مع المادة العادية. المرشحون المحتملون لدور جسيمات المادة المظلمة هم ما يسمى بالـ WIMPs – وهي جسيمات ضخمة ضعيفة التفاعل. ورغم سنوات من البحث في المسرعات والمختبرات تحت الأرض حول العالم، إلا أنه لم يتم اكتشافها. ومع ذلك، فإن تركيب DAMA/LIBRA يعمل منذ ما يقرب من ثلاثة عقود، مما يظهر تأثيرًا مستقرًا وقابلًا للتكرار: يومض الوميض في بلورات يوديد الصوديوم بطاقة تتراوح بين 2 إلى 6 كيلو إلكترون فولت، ويزداد عددها في يونيو ويتناقص في ديسمبر، ويتكرر دوريًا من سنة إلى أخرى. تتم دراسة الطبيعة الفيزيائية لهذه النتائج المتناقضة من قبل علماء من معهد أبحاث الفيزياء التابع للجامعة الفيدرالية الجنوبية. تعمل المدرسة العلمية تحت قيادة علماء مشهورين عالميًا مثل دكتور في العلوم الفيزيائية والرياضية، كبير الباحثين في مختبر أبحاث الفضاء فلاديمير كورتشاجين ودكتوراه في العلوم الفيزيائية والرياضية، كبير الباحثين في مختبر أبحاث الفضاء البروفيسور مكسيم خلوبوف. بناءً على فرضية “الذرات المظلمة” التي اقترحها البروفيسور خلوبوف في عام 2010، استنتج العلماء أن المادة المظلمة لا تتكون من جسيمات أولية مفردة، بل من أجسام مركبة محايدة – ذرات داكنة، يوجد بداخلها جسيمات مشحونة ثقيلة ومتعددة. أبسط “ذرة مظلمة” تتشكل عندما يرتبط جسيم ذو شحنة سالبة مضاعفة بنواة الهيليوم العادي أثناء تكوينه في بداية الكون. “عندما تطير مثل هذه الذرات المظلمة عبر الأرض، فإنها تصطدم بالصخور، وتتباطأ وتفقد الطاقة. إنها لا تتحرك بسرعة كافية لإخراج النواة من الشبكة البلورية للكاشف – وهذا هو التأثير الذي يستند إليه البحث عن WIMP في تجارب أخرى. لكن الذرات المظلمة يمكن التقاطها بواسطة نوى الصوديوم التي تشكل كاشف DAMA/LIBRA وتشكل حالة ارتباط ضعيفة معها. في هذه الحالة، يتم إطلاق الطاقة في شكل قال مكسيم خلوبوف: “كمية جاما، وتقع طاقتها بالضبط ضمن النطاق الحساس للتركيب”. مكسيم خلوبوف / © الخدمة الصحفية للجامعة الفيدرالية الجنوبية بالنسبة لنوى اليود الثقيلة، تبين أن هذه العملية غير مواتية من الناحية النشطة، وهذه الحقيقة تشرح سبب عدم رؤية التجارب الأخرى، على سبيل المثال، على الزينون، إشارة مماثلة: فهي ببساطة لا تحتوي على نوى خفيفة قادرة على التقاط الذرات المظلمة. “يبدو أن الأهمية الإحصائية العالية لهذه النتيجة – 13.5 انحرافًا معياريًا – تتعارض مع النتائج السلبية لعمليات البحث المباشرة عن WIMP في تجارب أخرى،” قال فلاديمير كورشاجين. فلاديمير كورتشاجين / © الخدمة الصحفية للجامعة الفيدرالية الجنوبية في مقال سياسي نشره علماء الفيزياء الفلكية في روستوف في مجلة الكون الربعي الأول مع رئيسة التجربة الدكتورة ريتا بيرنابي وموظفي المختبر في إيطاليا، تم تقديم شرح مفصل للتذبذبات السنوية المرصودة للأحداث، وتم اقتراح تفسير لنتائج المجموعات التجريبية الأخرى من حيث الذرات المظلمة. سيكون الاختبار الرئيسي لهذه الفرضية هو منشأة SABER South الأسترالية، وهي أول مختبر للبحث عن المادة المظلمة في نصف الكرة الجنوبي، على غرار DAMA/LIBRA. وإذا سجلت أيضًا تقلبات سنوية في الإشارة، فسيكون هذا دليلًا قاطعًا تقريبًا على الكشف عن طبيعة الكتلة المخفية. يؤكد مكسيم خلوبوف: “إذا تم تأكيد وجود تذبذبات سنوية للأحداث من خلال هذا التثبيت، فيمكن اعتبار طبيعة الكتلة المخفية ثابتة، مما يفتح الإمكانيات الفريدة للذرات المظلمة لتطورها العملي”. في غضون ذلك، يواصل علماء جامعة SFU تحسين نموذجهم، وحساب التفاعل الكهربائي والنووي للذرات المظلمة مع المادة العادية، وكذلك الأخذ في الاعتبار توزيع الشحنة داخل النوى وتشوهها المحتمل. بالإضافة إلى ذلك، يقومون بتطوير طريقة لاختبارها الشامل في البحث عن جسيمات مستقرة ومتعددة الشحنة في المصادمات بالاشتراك مع البحث الفيزيائي الفلكي عن آثار وجود الذرات المظلمة في الأجرام السماوية.