آیا می‌توان ماده‌ی تاریک ساخت؟_659d5a447eb0d.webp
آیا می‌توان ماده‌ی تاریک ساخت؟_659d5a447eb0d.webp

آیا می‌توان ماده‌ی تاریک ساخت؟

سرفصل های این مقاله

85 درصد از ماده موجود در جهان یک راز است. درواقع ما نمی‌دانیم که ماهیت چنین ماده‌ای چیست، به همین دلیل هم آن را ماده‌ی تاریک می‌نامیم. اما قسمت جالب ماجرا اینجاست که فیزیکدانان می‌دانند که چنین ماده‌ای وجود دارد، چراکه می‌توان جاذبه‌ی گرانشی آن را روی سایر کهکشان‌ها و اجرام آسمانی حس و بررسی کرد. دانشمندان هنوز موفق به مشاهده‌ی ماده‌ی تاریک نشده‌اند اما این نظریه مطرح است که ممکن است بتوان آن را در انرژی‌های بالا در برخوردهنده‌ی بزرگ در ژنو سوییس (LHC) مشاهد کرد.

ماده تاریک

شتاب ذرات با سرعت نور

در LHC دو پرتو‌ از پروتون در جهت مخالف هم حرکت می‌کنند و با سرعتی نزدیک به سرعت نور شتاب می‌گیرند و پس از زمانی مشخص پروتون‌ها به یکدیگر برخورد می‌کنند. همانطور که احتمالا بارها شنیده‌اید، پروتون ها از اجزای بسیار کوچک‌تری به نام کوارک‌ها و گلوئون‌ها ساخته شده‌اند. در بیشتر برخوردهای معمولی، دو پروتون با وجود ساختارهای مشخصی که دارند، بدون هیچ نتیجه‌ی قابل توجهی از یکدیگر عبور می‌کنند. با این حال، در مواردی در حدود یک در یک میلیون برخورد، دو پروتون به شدت به هم برخورد و انرژی زیادی را آزاد می‌کنند، در چنین حالتی هزاران ذره‌ی جدید تولید می‌شود. بنابراین تنها در شرایطی با انرژی بسیار بسیار زیاد چیزی مانند ماده‌ی تاریک، قابلیت تولید دارد.

ماده تاریک

نقش آشکارسازها

نقاط برخورد توسط آشکارسازهایی حاوی حدود 100 میلیون دیتکتور یا حسگر احاطه شده است. کار این نوع آشکارسازها این است که اطلاعات مربوط به ذرات جدید طی برخوردها، از جمله مسیر حرکت آن‌ها، بارالکتریکی و انرژی را جمع‌آوری کند. پس از پردازش این اطلاعات، رایانه‌ها می‌توانند یک برخورد را به شکل یک تصویر نمایش دهند. درواقع داده‌های آشکارسازها به دانشمندان اجازه می‌دهد تا چیستی ذرات را بررسی کنند.

ماده تاریک

واپاشی ذرات

در این میان، گاهی ذرات مورد نظر ما ممکن است ناپایدار باشند و قبل از رسیدن به حسگرها به ذرات آشناتری واپاشی کنند. به عنوان مثال، بوزون هیگز را در نظر بگیرید. جالب است بدانید که احتمال اینکه در یک برخورد معین قبل از واپاشی، هیگز تولید شود حدود یک در 10 میلیارد است. اما دانشمندان مدل‌های نظری‌ای به منظور اینکه دقیقا بدانند که به دنبال چه چیزی بگردند، ساخته‌اند که این مساله در مورد بوزون هیگز شامل واپاشی به دو فوتون است. بنابراین فیزیکدان‌ها در بررسی برخوردهای پرانرژی به دنبال واپاشی‌های ذرات به دو فوتون هستند.

ماده تاریک

اما یک مشکلی که وجود دارد این است که واپاشی‌های بسیاری با تولید دو فوتون همراه هست، بنابراین فیزیکدان چطور می‌توانند واپاشی دو فوتونی مربوط به هیگز را در این شرایط درهم و برهم پیدا کنند؟ پاسخ این مساله در بررسی جرم است!

اطلاعات جمع آوری شده توسط آشکارسازها به دانشمندان اجازه می دهد تا یک قدم به عقب برگردند و جرم هر چیزی که دو فوتون تولید می‌کند را تعیین کنند. سپس مقادیر مربوط به جرم را در نمودار قرار می‌دهند و این فرآیند را برای همه‌ی رویدادهایی با دو فوتون تکرار می‌کنند و مقدار جرم‌ها را به نمودار اضافه می‌کنند.

ماده تاریک

بوزون هیگز

اگرچه اکثریت قریب به اتفاق این رویدادها تنها شامل مشاهدات تصادفی فوتون است که به تابش پس زمینه‌ی کیهانی معروف است اما زمانی که یک بوزون هیگز به دو فوتون واپاشی می‌کند جرم همیشه یکسان خواهد بود. بنابراین نشان وجود هیگز یک پیک کوچک در نمودار (مانند شکل زیر) است. میلیاردها میلیارد مشاهده باید صورت بگیرد که چنین برآمدگی معنی‌داری ایجاد شود.

ماده تاریک

اما چطور ماده تاریک میشه ساخت؟

اما تمام چیزهایی که گفتیم چه ربطی به ماده‌ی تاریک و تولید آن دارد؟! رویه‌ی پیدا کردن ماده‌ی تاریک هم تقریبا مشابه هیگز است و اگر طی چنین فرآیندی پرتوهای LHC انرژی کافی برای تولید ماده‌ی تاریک داشته باشند، این رویداد احتمالاً نادرتر از بوزون هیگز خواهد بود. اما چیزی که جالب است این است که اگر روزی بتوانیم پیدا شدن ماده‌ی تاریک را مانند هیگز جشن بگیریم درک ما از نحوه‌ی عملکرد جهان کاملا تغییر خواهد کرد و با دنیایی عمیق‌تر از آنچه داریم مواجه خواهیم شد.

اگر از مقاله بالا لذت بردید، پس به مطالب زیر هم سر بزنید:

اشتراک گذاری: