بیگ بنگ: در تلاشی مداوم برای کشف راز نیروی گرانشی اضافی در جهان، دو پژوهشگر از کالج دارتموث در ایالات متحده، پیوندی شگفت‌انگیز میان ذرات بی‌جرم در نخستین لحظات پس از بیگ‌بنگ پیشنهاد داده‌اند.
به گزارش بیگ بنگ، نزدیک به یک قرن است که دانشمندان دریافته‌اند جرم قابل مشاهدهٔ جهان نمی‌تواند چرخش کهکشان‌ها را به‌درستی توضیح دهد؛ پدیده‌ای که نشان از وجود توده‌هایی عظیم و ناپیدا دارد — ماده‌ای نامرئی و کُندحرکت که تأثیر آن تنها از طریق گرانش احساس می‌شود و به «ماده تاریک» معروف است. با وجود پیشرفت‌های چشمگیر در شناخت این بخش سرد و خاموش از فیزیک، ماهیت و منشأ آن همچنان در پرده‌ای از ابهام قرار دارد.
فیزیک‌دانان «گوانمینگ لیانگ» و «رابرت کالدول» تصویری از کیهانِ تازه متولدشده ترسیم کردند که در آن ذرات بی‌جرم با سرعتی بسیار بالا در حال حرکت‌اند — شکلی از ماده که شباهت بیشتری به نور دارد تا به توده‌های سرد و تاریک. با گذشت زمان، این ذرات در یک مه غلیظ از مواد پرانرژی با یکدیگر برخورد کرده و سرد شدند؛ فرایندی که باعث شد جرم پیدا کنند و به شکل ماده‌ای درآیند که می‌تواند منشأ نیروی گرانشی نامرئی جهان باشد.(همان ماده تاریک گریزان)
“کالدول” می‌گوید: «این تصور کاملاً برخلاف تصوری است که تاکنون از “ماده تاریک” داشتیم، اینکه توده‌های سردی هستند که به کهکشان‌ها جرم می‌دهند. نظریۀ ما سعی می‌کند توضیح دهد که این ماده چطور از حالت نوری به توده‌ای تبدیل شده است.»
حدود ۱۳.۷ میلیارد سال پیش، زمانی که تمام کیهان در فضایی کوچکتر از اتم فشرده شده بود، میهمانی کوانتومی‌ای در جریان بود. ذرات گوناگون با سرعتی سرسام‌آور در حرکت و برخورد دائم بودند، چراکه جایی برای گریختن یا آرام‌گرفتن نداشتند.
بر پایه مدل نامبو-جونا-لازینیو(Nambu–Jona-Lasinio) در سنتز نوکلئون‌ها، یک دسته خاص از این ذرات — که به نام فرمیون‌های دیراک شناخته می‌شوند؛ می‌توانستند مانند الکترون‌هایی که جفت‌های کوپر را در ابررساناها می‌سازند، با یکدیگر پیوند برقرار کنند. اگرچه فیزیک پشت این پدیده بسیار پیچیده است (حتی برای مکانیک کوانتومی)، پیامدهایی برای رشد کیهان دارد، از تورم کیهانی تا انبساط بعدی. با این حال، تمامی مدل‌های موجود تاکنون بر پایه این فرضیه بوده‌اند که دمای فضا نسبتاً متعادل باقی مانده است.
“لیانگ” و “کالدول” از خود پرسیدند چه شد اگر سایر ویژگی‌های حرارتی این فرایند نیز در محاسبات گنجانده شود؟ اگر برخی از فرمیون‌های دیراکِ بسیار پرانرژی، به‌دلیل نوعی عدم تعادل، انرژی‌شان را از دست بدهند و این انرژی به جرم تبدیل شود طوری‌که حرکتشان متوقف و عملاً منجمد شوند، چه اتفاقی می‌افتد؟ محصول نهایی این فرایند چیزی شبیه تبدیل یک ابر تندری به تگرگ خواهد بود.
“لیانگ” می‌گوید: «غافلگیرکننده‌ترین بخش مدل ریاضی ما، افت شدید انرژی است که بین مرحله پرانرژی و فاز کم‌انرژی و توده‌ای ارتباط برقرار می‌شود.» وجود جفت‌های کوپر در میان الکترون‌ها خود نشان می‌دهد که برای شکل‌گیری این ذرات کُند و تاریک، نیازی به فعالیت‌های عجیب و غریب نیست. همچنین، این فرضیه می‌تواند توضیح دهد که چرا بخش زیادی از انرژی آغازین جهان ناپدید شده است.
“لیانگ” افزود: «ساختارها جرم خود را از چگالی ماده تاریک سرد می‌گیرند، اما باید مکانیسمی هم وجود داشته باشد که چگالی انرژی را تا نزدیک به مقداری که امروز می‌بینیم، کاهش دهد. مدل ریاضی نظریه ما واقعاً زیباست، چون ساده است، نیازی نیست چیزهای زیادی به سیستم اضافه کنیم تا کار کند.»
البته ساده بودن یک چیز است، و اثبات آن چیز دیگری. برخلاف بسیاری از نظریه‌ها دربارۀ ماهیت ماده تاریک، این نظریه در واقع قابلیت آزمایش با داده‌هایی که هم‌اکنون در اختیار داریم را دارد. تبدیل ذرات پرانرژی و پرفشار به زوج‌های کُند و سرد، باید اثری در تابش زمینه کیهانی(CMB) — تابش گسیل‌یافته از نخستین لحظات پیدایش جهان — بر جای گذاشته باشد.
یافتن برخی نشانه‌ها در تابش زمینه کیهانی، می‌تواند امتیاز مثبتی برای فرضیه اینکه این فرمیون‌ها یکی از منابع ماده تاریک هستند، به‌شمار آید. “کالدول” گفت: «این هیجان‌انگیز است. ما داریم رویکردی نوین برای اندیشیدن دربارۀ ماده تاریک و احتمالاً شناسایی آن ارائه می‌دهیم.» جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Physical Review Letters منتشر شده است.
سایت علمی بیگ بنگ / منبع: sciencealert.com
لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=108951
(۱۰ نفر , میانگین : ۴,۶۰ از ۵)
