كتب – باسل يوسف:
لدينا وفرة من الأدلة على حدوث شيء مريب في الكون. تدور النجوم داخل المجرات بسرعة كبيرة جدًا. تتحرك المجرات داخل العناقيد بسرعة كبيرة جدًا. تنمو الهياكل وتتطور بسرعة كبيرة جدًا. إذا أحصينا المادة التي يمكننا رؤيتها فقط، فلن يكون هناك ما يكفي من الجاذبية لتفسير كل هذه السلوكيات.
تعتقد الغالبية العظمى من علماء الكونيات أن كل هذه الظواهر يمكن تفسيرها من خلال وجود المادة المظلمة، وهي شكل افتراضي من أشكال المادة التي تتمتع بضخامة هائلة ومحايدة كهربائيًا ولا تتفاعل مع المادة العادية إلا نادرًا. تشكل هذه المادة المظلمة معظم الكتلة في الكون، وهي تفوق بكثير كمية المادة المضيئة.
لا تزال هوية المادة المظلمة لغزًا، إذ فشلت التجارب المصممة للكشف عن تصادم ضال نادر في اكتشاف أي شيء. ولكن هذه التجارب ركزت على استهداف نطاق كتلة محدد: ما يقرب من 10 إلى 1000 جيجا إلكترون فولت (GeV). (الجيجا إلكترون فولت يعادل مليار إلكترون فولت). وهذا في نطاق أثقل الجسيمات المعروفة، مثل بوزون دبليو والكوارك العلوي. ولعقود من الزمان، فضل المنظرون هذا النطاق الكتلي لأن العديد من الامتدادات البسيطة للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات تنبأت بوجود مثل هذه الجسيمات.
ولكن لأننا لم نعثر على أي شيء حتى الآن، فقد بدأنا نتساءل عما إذا كانت المادة المظلمة قد تكون أخف أو أثقل مما كنا نعتقد. ولكن المادة المظلمة الأثقل تواجه بعض القضايا الخطيرة، وفقًا لورقة بحثية جديدة نُشرت في قاعدة بيانات ما قبل الطباعة arXiv.
المشكلة أن المادة المظلمة تتفاعل أحيانًا مع المادة العادية، ولو نادرًا. ولكن في الكون المبكر، عندما كان الكون أكثر سخونة وكثافة، كانت هذه التفاعلات أكثر تواترا. في نهاية المطاف، ومع توسع الكون وبرودته، تباطأت هذه التفاعلات ثم توقفت، ما أدى إلى “تجميد” المادة المظلمة وبقائها صامتة في الخلفية.
وبينما توجد نماذج عديدة لمرشحي المادة المظلمة المحتملين، فإن العديد منها يتفاعل مع الجسيمات العادية من خلال التبادلات التي تشمل بوزون هيجز – وهو جسيم أساسي يتفاعل مع جميع الجسيمات الأخرى تقريبًا، ومن خلال هذه التفاعلات، يغرس في تلك الجسيمات كتلة.
تبلغ كتلة بوزون هيز: حوالي 125 جيجا إلكترون فولت. ووجد الباحثون أن هذه الكتلة تضع حدًا أعلى أساسيًا للكتلة المحتملة لمعظم مرشحي المادة المظلمة.
المشكلة أيضا أن جميع التفاعلات في الفيزياء هي طرق ذات اتجاهين. يتحدث بوزون هيجز مع كل من المادة المظلمة والمادة العادية، وفي العديد من النماذج، يتوسط التفاعلات بينهما. لكن كلا النوعين من المادة يتحدثان أيضًا إلى بوزون هيجز. وتظهر هذه التفاعلات كتعديلات طفيفة على كتلة بوزون هيجز.
بالنسبة لجسيمات النموذج القياسي، يمكننا حساب هذه التصحيحات وتفاعلات التغذية الراجعة، وهي الطريقة التي تنبأ بها المنظرون بكتلة بوزون هيجز قبل وقت طويل من اكتشافه.
وجد الباحثون أنه إذا كان لجسيم المادة المظلمة كتلة أكبر من بضعة آلاف من جيجا إلكترون فولت، فإن مساهمته في كتلة هيجز ستكون مهمة بشكل لا يصدق، ما يدفعها بعيدًا عن قيمتها المرصودة. ولأن هيجز مركزي للغاية لتحديد العديد من الفيزياء الأساسية الأخرى، فإنه سيغلق تفاعلات الجسيمات تمامًا.
ومع ذلك، هناك إمكانيات للالتفاف على هذا القيد. قد لا تتفاعل المادة المظلمة مع الجسيمات العادية على الإطلاق، أو قد يحدث التفاعل من خلال بعض الآليات الغريبة التي لا تتضمن هيجز. لكن هذه النماذج قليلة ومتباعدة وتتطلب الكثير من الضبط الدقيق والخطوات الإضافية.
أو قد تكون المادة المظلمة أخف مما كنا نعتقد. إذا لم نعتقد أن المادة المظلمة الثقيلة مرشحة قابلة للتطبيق، فمع استمرارنا في التعلم عن هذا المكون الغامض من الكون، يمكننا بدلاً من ذلك تركيز جهودنا في الاتجاه الآخر. لقد شهدنا بالفعل زيادة في الاهتمام بالأكسيونات، وهي جسيمات خفيفة للغاية تنبأت بها بعض نماذج فيزياء الجسيمات وقد تكون مرشحة صالحة للمادة المظلمة.
على الجانب التجريبي، إذا تأكدت هذه النتيجة وثبت أنها قيد واسع النطاق على كتلة جسيمات المادة المظلمة، فيمكننا تحسين وإعادة تصميم تجاربنا للبحث عن جسيمات منخفضة الكتلة، بدلاً من الجسيمات عالية الكتلة.
المصدر: Space.com.
اقرأ أيضا:
