انرژی تاریک و ماده تاریک را چگونه بیابیم؟

بیگ بنگ: در حال حاضر دو آزمایش روی کره زمین در جریان است که برای شناسایی خصوصیات مخفی انرژی تاریک و ماده تاریک طراحی شده اند، ماده و انرژی تاریک پدیده های ناشناخته ای هستند که تقریبا ۹۵ درصد از کیهان را تشکیل می دهند اما تاکنون به صورت مستقیم ردیابی نشده اند.

این تصویر به صورت فرضی از آزمایشی را نشان می دهد که برای ردیابی ذرات انرژی تاریک مخفی ابداع شده است.

این تصویر به صورت فرضی از آزمایشی را نشان می دهد که برای ردیابی ذرات انرژی تاریک مخفی ابداع شده است.

اتم های سزیم از بالا روی کره ای آلومینیومی چکانده می شوند و همزمان لیزرهای حساس اقدام به اندازه گیری نیروهای موجود روی اتم های در حال سقوط آزاد می کنند. آزمایش های جدیدی که دانشمندان برای شناسایی ماده و انرژی تاریک طراحی کرده اند، می توانند باعث شود، شناخت بهتری نسبت به این پدیده ها بدست بیاورند که در کنار همدیگر اکثریت کیهان را تشکیل می دهند.

تیمی از دانشمندان که سرپرستی آنها را “پل همیلتون” دانشجوی فوق دکترای دانشگاه کالیفرنیا برکلی به عهده داشته است  در جستجوی “ذره ناشناخته” (که منبع بالقوه انرژی تاریک است) دست به اندازه گیری نیروهایی زده اند که روی اتم سزیوم در حال سقوط عمل می کنند. در مطالعه جداگانه ای محققان دانشگاه های مختلف با همکاری «زنون کورپوریشن» به بررسی نحوه تعامل ماده تاریک با الکترون های یک اتم پرداختند. هر چند هیچ یک از این تیم ها نتوانستند ذره رمزآلود مدنظر را شناسایی کنند، اما خصوصیات انرژی تاریک و ماده تاریک با دقت بیشتری محدودسازی شد.

انرژی مخفی

سال ۱۹۹۸ دانشمندان از تلسکوپ هابل ناسا استفاده کرده و دریافتند جهان هر سال سریع تر از سال قبل رو به گسترش می رود، نتیجه گیری که باعث شگفتی همگان شد. محققان اینگونه می اندیشند که منبعی از انرژی که  به خاطر نادیده بودنش “انرژی تاریک” نام گذاشته شده است مسئول گسترش جهان می باشد. انرژی پنهان نامبرده حدود ۶۸ درصد از کل انرژی موجود در کیهان را تشکیل می دهد. از آن زمان به بعد تعدادی آزمایش انجام گرفته که هدف از آنها پرده برداری از رموز این انرژی مخفی بوده است. برخی اینگونه می اندیشند که انرژی تاریک در تار و پود کیهان بافته شده است، اما برخی دیگر معتقدند این انرژی در قالب ذرات فرضی وجود دارد.

در سال ۲۰۰۴ نظریه پردازی به نام جاستین خوری از دانشگاه پنسیلوانیا این فرض را پیش کشید که دلیل عدم ردیابی انرژی تاریک مخفی بودن آن است. از تداخل سنج اتمی برای جستجو به دنبال ذرات انرژی تاریک مخفی استفاده می شود. خوری که یکی از نویسندگان تحقیقی در مورد آزمایش انرژی تاریک است اظهار می دارد ذرات “مخفی” از نظر جرم بسته به شدت ماده اطراف فرق می کند. داخل محیط آزمایشگاه که ماده در جای جای آن حضور دارد ذراتِ مخفیِ انرژیِ تاریک جرم بسیار زیاد و گستره ی بسیار کوچکی دارند، اما در اعماق خالی فضا همین ذرات به فواصل طولانی تری اعمال اثر می کنند. (در علم فیزیک، جرم کم به معنای نیروی دارای برد طولانی است، در عوض جرم زیاد به معنای برد کوتاه تر است).

از تداخل سنج اتمی برای جستجوی ذرات انرژی تاریک پنهان استفاده می شود.

از تداخل سنج اتمی برای جستجوی ذرات انرژی تاریک پنهان استفاده می شود.

ماده و انرژی تاریک نامرئی اند، پدیده هایی نادیده که دانشمندان مدت هاست بدنبال شناختشان هستند. آیا امکان دیدن ماده و انرژی تاریک وجود دارد؟ بله، برای ردیابی این اهداف مخفی نیازمند زمان و فناوری هستیم.  البته این نکته را نیز باید در نظر گرفت که تا قبل از تایید شدن کشف این موارد شاید سالها بر سر تایید این کشف، بحث های مختلفی در محافل علمی جریان داشته باشد، برخی نیز بر این باورند که برخی امور این جهان برای انسان ها قابل فهم نیست.

هولگر مولر، از لابراتوار ملی لاورنس برکلی می گوید: « در فضای خالی نور وجود دارد و به همین خاطر فضا همانند ماده عادی جمع نمی شود تا کهکشان شکل بگیرد.» مولر نیز جزو تیم دانشمندانی بوده که در جستجوی ماده تاریک هستند. هملیتون (بعد از مطالعه مقاله ای نوشته کلیر بوراژ از دانشگاه ناتینگهام  که سال گذشته با موضوع چگونگی شناسایی  ذرات مخفی منتشر شده بود) به ذهنش رسید از ابزار ساخت مولر که برای شناسایی موارد غیرعادی جاذبه ای ساخته شده است و به مطالعه تفاوت در فاز بین موج های ماده اتمی به موازات مسیرهای مختلف می پردازد، برای شناسایی انرژی تاریک بهره بگیرد.

در نتیجه، همیلتون و همکارانش اتم های سزیوم را از بالای کره ای آلومینیومی  که قطر ۲٫۵ سانتی متری داشت به پایین چکاندند، و سپس از لیزرهای حساس برای اندازه گیری نیروهایی استفاده کردند که هنگام سقوط آزاد اتم ها روی آنها اعمال شدند. به گفته مولر: « این ابزار یکی از حساس ترین شیوه های اندازه گیری نیرو به شمار می رود.» از آنجایی که انرژی تاریک تنها با خارجی ترین لایه های اشیا تعامل برقرار می کند، استفاده از اتم در خلاء بایستی امکان تعیینِ تعامل داشتنِ ماده ی تاریک با اتم ها را در اختیار دانشمندان بگذارد.

البته در نتیجه آزمایش، نیرویی به جز جاذبه زمین کشف نشد. هرچند این عدم کشف در ابتدای امر دلسردکننده به نظر می رسد، اما به روند مشخص سازی خصوصیات انرژی تاریک کمک رساند و احتمال وجود نیروهای ماده تاریک مخفی که میلیون ها برابر ضعیف تر از جاذبه باشند و چند فرضیه دیگر را به طور کلی رد نمود. به گفته مولر این آزمایشات نسبت به آزمایشات قبلی بین ۱ الی هزار برابر حساس تر هستند. وی ادامه می دهد « ارتقای حساسیت آزمایشات به اندازه یک مرحله دیگر مطمئنا منتهی به رد اعتبار مدل ذرات مخفی و سایر انواع دیگر روش های رایج برای شناسایی این پدیده ها می شود. ذرات مخفی تا ابد که نمی توانند “مخفی” بمانند، بنابراین اگر انرژی تاریک  در این قالب دربیاید یا به زودی به آن پی خواهیم برد یا خواهیم فهمید که اینگونه نیست.»

آنجا که ماده تاریک حضور ندارد

آنچه ستاره شناسان در مورد ماده تاریک می دانند بیش از آنکه به چیستی آن مربوط شود محدود به صرف اطلاع از وجود داشتن آن است. ماده تاریک نیز به شیوه ای بسیار مشابهِ انرژی تاریک در حکم ماده ای رمز آلود باقی مانده است که صرفا به واسطه اثرات غیر مستقیمش بر روی نحوه رفتار ماده عادی شناخته می شود. طی چند دهه گذشته آزمایشاتی به هدف جستجو بدنبال این ماده غیرعادی انجام شده است، اما با این وجود ماده تاریک همچنان ماهیتی بسیار ناشناخته دارد.

به نظر بسیاری از دانشمندان ماده تاریک متشکل از ذراتی عظیم یا اختصارا WIMPS است که تعامل ضعیفی با همدیگر دارند، به همین خاطر در بیشتر آزمایشاتی که مستقیما به هدف شناسایی این ذرات انجام شده است، مقصد، یافتن نشانه های حاکی از اثرگذاری ذرات غیرعادی بر روی ردیاب ها بوده است. انتظار  دانشمندان بر آنست که ذرات عظیم یاد شده در درجه اول با نوکلئون های ماده ردیاب به تعامل بپردازند، منظور نوعی از ذرات است که هسته اتم ها را تشکیل می دهند، و سیگنالی به نام پس زنی هسته ای را تولید نمایند. با این وجود هیچ نشانه ای که منتسب به ماده تاریک باشد شناسایی نشده است.

با این حال، در برخی آزمایشها نیز دانشمندان به دنبال مشاهده تغییرات سالیانه در تعداد رویدادهای شناسایی رفته اند، زیرا استدلالشان بر اینست که شتاب ردیاب به واسطه چرخش سالانه زمین به دور خورشید دستخوش تغییر می شود. یکی از  این آزمایش هاDAMA/LIBRA  در ایتالیاست که در سال ۲۰۱۳ خبر از مشاهده سیگنالی احتمالا مربوط به ماده تاریک را منتشر ساخت. از آنجایی که سایر آزمایش ها بدنبال پس زنی هسته ای هستند تا ردیابی تغییرات سالیانه، مطالعات دیگری که تایید کننده این نتیجه باشد در دست نیست.

با توجه به فقدان پس زنی هسته ای در برخی از آزمایشات و نیز با درنظر گرفتن نتایجی که توسط آزمایش DAMA/LIBRA  گزارش شده بود، برخی دانشمندان کنجکاو شدند تا ببینند آیا ماده تاریک، در درجه اول یا به صورت انحصاری، با بخش دیگری از اتم تعامل دارد یا خیر. اما عده ای دیگر بر این باورند که ماده تاریک ممکن است در درجه اول یا به صورت انحصاری با ذرات بیرونی چرخان اتم یعنی با الکترون ها در تعامل باشد تا ذراتی که در قلب اتم جای دارند.

مایرا سروانتس، از دانشگاه پردو در ایندیانا می گوید: « در این صورت تمام آزمایشاتی که تاکنون انجام شده است سیگنال ماده تاریک را نادیده گرفته اند و نشانه مزبور را مورد توجه قرار نداده اند.» سروانتس عضو زنون کورپوریشن، گروه بین المللی دانشمندانی است که در جستجوی ماده تاریک هستند. در آزمایش XENON100 این شرکت، بین پس زنی هسته ای و پس زنی الکترون تمایز لحاظ شده است، نتیجه آنکه دانشمندان می توانند بدنبال ذره ماده تاریکی بگردند که با الکترون ها تعامل می کند. هرچند زنون کورپوریشن مستقیما موفق به شناسایی ماده تاریک نشده است، اما توانست خصوصیات سایر مدل ها را بر مبنای فقدان توانایی تشخیصشان مردود اعلام کند.

سروانتس ادامه می دهد: « در این پروژه تحقیقی مدل های متنوعی را از کار کنار گذاشتیم که این اقدام را باید گام بسیار مهمی رو به جلو تلقی نمود، زیرا به این ترتیب می دانیم که ماده تاریک کجاها نیست و مطمئنا مسیرهای جدیدی برای ادامه تحقیقات در اختیار قرار می گیرد.» همزمان حساسیت ابزارهایی که برای جستجو بدنبالWIMPS  استفاده می شود نیز درحال ارتقا یافتن است. به گفته سروانتس « هنوز هم می توان این احتمال را داد که ماده تاریک کم و بیش همان چیزی است که ما می اندیشیم یعنیWIMP  که با نوکلئون های ردیاب تعامل برقرار کند. البته شاید این تعامل بسیار ضعیف باشد به همین خاطر ردیاب باید حساس تر از این ها باشد تا بتوان ماده تاریک را مشاهده کرد.» نتایج هر دوی این آزمایش ها، به همراه مقاله دیدگاه های مطرح شده در باب  کاربردهایش به صورت آنلاین در نشریه ساینس منتشر شده است.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: space

image_pdfimage_print
(15 نفر , میانگین : 4٫60 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=34523
تحریریه‌ی بیگ بنگ

تحریریه‌ی بیگ بنگ

وب سایت بیگ بنگ یک سایت علمی، تحقیقاتی میباشد که توسط تعدادی از علاقمندان به علم و دانش اداره می شود. این سایت از اواخر سال 1390 تاکنون به فعالیت خود در این حوزه ادامه داده است.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۳ پاسخ‌ها

  1. امین گفت:

    این که جهان از ۶۸ انرژی تاریک هست و ۳۶ درصد ماده تاریک و ۴ در صد ماده معولی درست تا اینجا ولی بنظر من این جهان پایانی و ابتدایی ندارد هرچی در نظر بگیری برای این جهان بگیم چند در صد ماده تاریک و انرژی تاریک میگم بازم جهان بی نهایت هست یعنی هرچی فکرش بکنی هد و مرزی ندارد از نظر اندازه بزرگی و غیره

  2. امین گفت:

    اگه بخواهیم تمام جهان با انرژی تاریک و ماده تاریک و ماده معمولی در نظر بگیریم مثال جهان عدد یک هست حالا هرچی بشماریم بریم عدد بالاتر هیچ عدد آخری به دست نمیاریم پس جهان انتهایی ندارد در ریاضی هم هیچ عدد آخری نداریم هرچی بشماریم از عدد صفر بشماریم بریم بالا هیچ عددی بدست نمیاریم در عدد آخر

  3. امین گفت:

    سلام من خیلی فیزیک کوآنتومی رو دوست دارم و اگه کسی بتونه من ساپورت کنه در این زمینه برم دانشگاه مدرک بگیریم می تونم خیلی نظریات جدید دارم در این زمینه این آی دی تلگرام من اگه کسی بتونه منو در این. زمینه ساپورت کنه یا راهنماهی بخواهد با تلگرام من تماس بگیره amin_nenlin آیدی تلگرامم هست

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *