لقد حول الفيزيائيون الكوكب بأكمله إلى كاشف للمادة المظلمة – وظلت الإشارات الغريبة تظهر

أجرى الفيزيائيون عملية بحث عالمية عن المادة المظلمة. حرفيًا، لقد حولوا الأرض نفسها إلى كاشف عملاق.

والأغرب من ذلك هو أن التجربة التقطت العشرات من الإشارات المرشحة التي تتوافق مع التنبؤات الخاصة بأنواع معينة من الجسيمات الافتراضية التي يمكن أن تشكل المادة المظلمة.

لا تزال هذه الإشارات بحاجة إلى التحقق، وهناك الكثير من الأشياء الأخرى التي يمكن أن تكون عليها قبل أن تصبح جسيمات المادة المظلمة. لكنها تجربة ذكية تحتوي على بعض الأدلة الجديدة والمثيرة لواحد من أكثر الألغاز الكونية إثارة للعقل.

هناك الكثير من الأدلة على أن الكون يحتوي على ما هو أكثر مما يمكننا رؤيته. إن نماذجنا لكيفية انتشار المادة المرئية وتحركها عبر الكون لا تتوافق تمامًا مع توزيعها الفعلي وحركتها في العالم الحقيقي.

يشك الفيزيائيون في وجود عالم كامل من المادة غير المرئية، تساهم كتلتها في كتلة المادة التي يمكننا رؤيتها لإنتاج تأثيرات الجاذبية المرصودة. ونظرًا لأنها لا تعكس الضوء أو تنبعث منه، فقد أطلق عليها العلماء الاسم المثير للذكريات “المادة المظلمة”.

لكن تحديد الفجوة في النماذج وسدها أمران مختلفان. وفي هذه الحالة، هناك مجموعة كاملة من المقابس المحتملة بخصائص مختلفة.

أحد المرشحين الواعدين هو ما يُعرف باسم أكسيون. بينما تم اقتراح هذه الجسيمات لأول مرة في السبعينيات لحل مشكلة مختلفة في فيزياء الجسيمات، سرعان ما أدرك الفيزيائيون أنها إذا كانت موجودة ضمن نطاق كتلة معين، فيمكنها أيضًا سد ثقب المادة المظلمة.

على عكس العديد من المرشحين الآخرين للمادة المظلمة، من المتوقع أن تتفاعل المحاور مع القوة الكهرومغناطيسية، وقد يكون هذا هو ما يكشف عنها.

وفقا للنماذج، ينبغي أن تكون المحاور في بعض الأحيان تتحلل إلى فوتونات في المجالات المغناطيسية القوية. على هذا النحو، كان علماء الفلك يبحثون في الكون عن التوقيعات الموجودة حوله النجوم النيوترونية أو المستعرات الأعظم.

ولكن وفقًا لسلسلة من الأبحاث الحديثة التي أجراها فيزيائيون في اليابان، ربما يمكننا أن ننظر أقرب إلى موطننا.

“لقد سألنا أنفسنا ما إذا كان بإمكاننا استخدام الأرض نفسها ككاشف عملاق في البحث” يقول الفيزيائي النظري أتسوشي تارويا، مؤلف جميع الأوراق الأربع.

“يعمل تجويف الأرض والأيونوسفير كرنان طبيعي يعمل على تضخيم الموجات الكهرومغناطيسية حول نطاق الكتلة الذي أردنا استكشافه.”

لمعرفة ذلك، قام الباحثون بتحليل البيانات المتعلقة بالمجال المغناطيسي للأرض التي جمعتها هيئة المسح الجيولوجي البريطانية بين عامي 2012 و2022. إذا كانت المحاور تغمر الكوكب بالفعل، يفترض الفريق أنها يجب أن يتردد صداها بين سطح الأرض والغلاف الأيوني، مما يولد موجات كهرومغناطيسية بتردد يتوافق مع كتلة الجسيمات.

نظرًا لأن عقودًا من الدراسات السابقة قد قيدت الكتل المحتملة للمحاور بشكل محكم إلى حد ما، فقد قام الباحثون بفحص قيمة بيانات هذا العقد بحثًا عن إشارات ضمن هذا النطاق الضيق.

وبعد حساب الضوضاء الخلفية، حدد الفريق 65 إشارة محورية مرشحة. وحتى بعد أن شددوا مرشحاتهم الإحصائية، لم يتبق لديهم سوى 25 مرشحا.

لكن المحاور ليست المرشح الوحيد للمادة المظلمة الذي يمكن لهذه التقنية اكتشافه. المنافس الآخر هو الفوتون المظلم، والذي من المفترض أن يكون أ حاملة القوة في عالم مظلل وراء النموذج القياسي.

اقرأ أيضًا: تبين أن “الصخرة ذات الشكل الغريب” المكتشفة في كاليفورنيا هي ضرس مستودون “نقي”

على عكس الفوتونات العادية التي نعرفها، قد يكون للفوتونات المظلمة كتلة، ويمكن أن تتفاعل مع المجالات المغناطيسية بطريقة مشابهة للمحاور.

وفي دراسة متابعة، استخدم الفريق طريقة مشابهة للبحث عن إشارات الفوتون الداكن في نفس البيانات.

ومرة أخرى، أبلغ الباحثون عن إشارات مرشحة: ما يصل إلى 342 باستخدام المعايير الأكثر مرونة، والتي تم تضييقها إلى 31 مع نسبة إشارة إلى ضوضاء أكثر صرامة.

لكن المشكلة هي أن هذه الطريقة لا يمكنها التمييز بين إشارات الفوتون الداكن والإشارات المحورية باستخدام البيانات الحالية. أحد الاختلافات الرئيسية هو أن المحاور تعتمد على المجال المغناطيسي للأرض لإنتاج إشاراتها، في حين أن الفوتونات المظلمة ستنتج إشاراتها مع أو بدونه.

وهذا يفتح طريقة لاختبار أي شكل من أشكال المادة المظلمة (إن وجد) يتدفق حاليًا عبر الأرض. إذا كانت الإشارة تبدو نفسها تمامًا في أي مكان على الكوكب، فإنها تشير إلى الفوتونات المظلمة.

إذا كانت قوة الإشارة تختلف حسب الموقع، فمن المرجح أن تكون محاور عصبية. وذلك لأن قوة المجال المغناطيسي للأرض تختلف حسب الموقع. ويقول الباحثون إن هذا يعني أن إشارة الأكسيون ستضعف بالقرب من أقطاب الكوكب، وستكون أقوى حول جنوب شرق آسيا.

متعلق ب: ربما وجد الفيزيائيون أفضل دليل على المادة المظلمة حتى الآن

ولسوء الحظ، تم جمع البيانات من مرصد واحد في المملكة المتحدة، لذلك لم يتمكن الفريق من الحصول على هذا المنظور العالمي. لكن الدراسات المستقبلية من خلال تجارب أخرى يمكن أن تساعد في إلقاء المزيد من الضوء على المادة المظلمة.

الثلاثة أوراق على أكسيونات كان نشرت في المجلة تقدم الفيزياء النظرية والتجريبية، بينما نُشرت دراسة الفوتون المظلم في المراجعة البدنية د.