لقد تعمق فريق عالمي من العلماء في فهم مدى تعقيد المادة المظلمة، التي تشكل 84% من مادة الكون. ينصب تركيزهم على “الفوتون المظلم”، وهو جسيم نظري يسد الفجوة بين المجال المظلم بعيد المنال والمادة العادية.
تظهر رؤى جديدة حول المادة المظلمة بينما يستكشف الباحثون “الظلام” الفوتونتتحدى الفرضية فرضية النموذج القياسي.
اكتشف فريق دولي من الباحثين، بقيادة خبراء من جامعة أديلايد، المزيد من الأدلة في بحثهم عن نظرة ثاقبة لطبيعة المادة المظلمة.
وقال أنتوني توماس، أستاذ الفيزياء البارز في جامعة أديليد: “84% من المادة الموجودة في الكون هي مادة، لكننا لا نعرف عنها سوى القليل جدًا”.
“لقد تم إثبات وجود المادة المظلمة بشكل راسخ من خلال تفاعلاتها الجاذبية، ومع ذلك فإن طبيعتها الدقيقة لا تزال بعيدة عنا على الرغم من الجهود الحثيثة التي يبذلها الفيزيائيون في جميع أنحاء العالم.”
“إن مفتاح فهم هذا اللغز قد يكمن في الفوتون المظلم، وهو جسيم نظري ضخم يمكن أن يكون بمثابة بوابة بين المجال المظلم للجسيمات والمادة العادية.”
“يظهر عملنا أن فرضية الفوتون المظلم مفضلة على فرضية النموذج القياسي عند دلالة 6.5 سيجما، مما يجعلها دليلا على اكتشاف الجسيمات.” — البروفيسور أنتوني توماس
الفوتون الداكن وأهميته
تحتوي المادة العادية التي نتكون منها نحن وعالمنا المادي على كمية أقل بكثير من المادة المظلمة: حوالي خمسة أضعاف المادة المظلمة من المادة العادية. يعد اكتشاف المزيد عن المادة المظلمة أحد أكبر التحديات التي يواجهها الفيزيائيون حول العالم.
الفوتون المظلم هو جسيم حقل مخفي افتراضي تم اقتراحه كحامل للطاقة مشابه للفوتون الكهرومغناطيسي، ولكنه مرتبط بالمادة المظلمة. يتمثل أحد الأساليب في اختبار النظريات الحالية حول المادة المظلمة، مع علماء مثل البروفيسور توماس، جنبًا إلى جنب مع أعضاء مركز التميز التابع لمجلس البحوث الأسترالي (ARC)، البروفيسور مارتن وايت، والدكتور تشوانجانج وانج، ونيكولاس هانت سميث. يتم متابعة فيزياء جسيمات المادة المظلمة للحصول على مزيد من الأدلة حول هذه المادة بعيدة المنال ولكنها مهمة جدًا.
رؤى من تصادمات الجسيمات
قال البروفيسور توماس: “في دراستنا الأخيرة، قمنا بدراسة التأثيرات المحتملة التي يمكن أن يحدثها الفوتون المظلم على النتائج التجريبية الكاملة لعملية التشتت العميقة غير المستقرة”.
إن تحليل المنتجات الثانوية لتصادمات الجسيمات المتسارعة إلى طاقات عالية جدًا يزود العلماء بدليل جيد على بنية العالم دون الذري وقوانين الطبيعة التي تحكمه.
في فيزياء الجسيمات، تسمى العملية المستخدمة لاستكشاف الجزء الداخلي من الهادرونات (خاصة الباريونات مثل الباريونات والبروتونات والنيوترونات) باستخدام الإلكترونات والميونات والنيوترينوات بالتشتت العميق غير المرن.
وقال البروفيسور توماس: “لقد استخدمنا إطار التحليل العالمي لوظيفة توزيع بارتون الزاوي لمختبر جيفرسون المتطور، وتعديل النظرية الأساسية للسماح بإمكانية وجود فوتون مظلم”.
“يظهر عملنا أن فرضية الفوتون المظلم مفضلة على فرضية النموذج القياسي عند دلالة 6.5 سيجما، مما يجعلها دليلا على اكتشاف الجسيمات.”
وقد نشر الفريق، الذي يضم علماء من جامعة أديليد وزملاء في مختبر جيفرسون في فرجينيا بالولايات المتحدة الأمريكية، النتائج التي توصل إليها. مجلة فيزياء الطاقة العالية.
المرجع: “تحليل QCD العالمي والفوتونات المظلمة” بقلم NT Hunt-Smith وW. Melnitchouk وN. Sato وAW Thomas وXG Wang وMJ White نيابة عن مؤسسة Jefferson Lab Angular Momentum (JAM) التعاونية، 15 سبتمبر 2023. مجلة فيزياء الطاقة العالية.
دوى: 10.1007/JHEP09(2023)096