بیگ بنگ: «ماده تاریک» همان ماده گریزانی که بیشتر جرم کیهان را تشکیل میدهد، ممکن است متشکل از ذرات پرجرمی به نام “گراویتون” باشد که در لحظات اولیه پس از بیگ بنگ به وجود آمدند. بر اساس یک نظریه جدید، این ذرات فرضی شاید پناهگاه ماده تاریک در ابعاد اضافی باشند.
به گزارش بیگ بنگ، محاسبات پژوهشگران نشان میدهد که ممکن است این ذرات در مقادیر درستی ایجاد شده باشند و بتوانند “ماده تاریک” را توضیح دهند زیرا ماده تاریک فقط از طریق کشش گرانشی‌اش بر روی ماده معمولی قابل بررسی است. یکی از نویسندگان این مطالعه، “جاکومو کاچیاپاگلیا” فیزیکدان دانشگاه لیون در فرانسه، گفت: «گراویتون‌های پرجرم با برخوردهای ذرات معمولی در جهان اولیه تولید می‌شوند. اعتقاد بر این بود که این فرآیند برای گراویتون‌های پرجرم به قدری نادر است که نمی‌توانند داوطلب ماده تاریک باشند.»
اما در یک مطالعه جدید کاچیاپاگلیا، همراه با فیزیکدانان دانشگاه کره، “هینگ کایی” و “سئونگ جی لی”، دریافتند که به اندازۀ کافی از این گراویتون‌ها در جهان اولیه وجود داشته تا تمام ماده تاریکی را که امروزه در کیهان کشف می‌کنیم، توضیح دهند. به گفته محققان اگر گراویتون‌ها وجود داشته باشند، جرم آنها باید کمتر از ۱ مگا الکترون ولت (MeV) باشد، بنابراین جرم آنها بیشتر از دو برابر جرم یک الکترون نیست.
این سطح جرم کمتر از مقیاسی است که بوزون هیگز بتواند جرم ماده معمولی را تولید کند. (برای مقایسه، طبق اعلام موسسه ملی استاندارد و فناوری، سبک‌ترین ذرۀ شناخته شده یعنی نوترینو، دارای جرمی کمتر از ۲ الکترون ولت است، در حالی که یک پروتون دارای وزنی تقریباً برابر با ۹۴۰ مگا الکترون ولت است.) این تیم زمانی که به دنبال شواهدی برای ابعاد اضافی بود، این گراویتون‌های فرضی را کشف کرد؛ برخی از فیزیکدانان گمان می‌کنند که ابعاد اضافی در طول سه بعدِ مشاهده شدۀ فضا و بعد چهارم یعنی زمان قرار دارد.
در نظریه‌ی این تیم، وقتی گرانش در ابعاد اضافی پخش میشود، در جهان ما به صورت گراویتون‌های پرجرم ظاهر میشود. اما این ذرات فقط از طریق نیروی گرانش، برهمکنش ضعیفی با ماده معمولی دارند. این توصیف به طرز وحشتناکی شبیه چیزی است که ما در مورد ماده تاریک می‌دانیم، که با نور برهمکنش ندارد، اما یک اثر گرانشی دارد که در همه جای کیهان احساس میشود. به عنوان مثال، این تأثیر گرانشی چیزی است که از دور شدن کهکشان‌ها جلوگیری میکند.
“کاچیاپاگلیا” می‌گوید: «مزیت اصلی گراویتون‌های پرجرم به‌عنوان ذرات ماده تاریک این است که آنها فقط به صورت گرانشی برهمکنش دارند، بنابراین می‌توانند از هرگونه تلاشی برای تشخیص حضور خود فرار کنند.» در مقابل، سایر داوطلب‌های ماده تاریک – مانند ذرات سنگین با برهمکنش ضعیف، آکسیون‌ها و نوترینوها – ممکن است به دلیل برهمکنش بسیار ظریفشان با نیروها و میدان‌های دیگر احساس شوند. این واقعیت که گراویتون‌های پرجرم به ندرت از طریق گرانش با سایر ذرات و نیروهای موجود در کیهان برهمکنش می‌کنند، مزیت دیگری را ارائه میدهد.
“کاچیاپاگلیا” گفت: «گراویتون‌ها به دلیل برهمکنش‌های بسیار ضعیفی که دارند، به آرامی تجزیه می‌شوند و تا پایان عمر کیهان پایدار می‌مانند.» فیزیکدانان در گذشته تصور می‌کردند که بعید است گراویتون‌ها داوطلب “ماده تاریک” باشند، زیرا فرآیند شکل‌گیری آنها بسیار نادر است. در نتیجه، گراویتون‌ها با سرعت بسیار کمتری نسبت به ذرات دیگر ایجاد می‌شوند.
اما دانشمندان دریافتند که در یک پیکوثانیه (تریلیونم ثانیه) پس از بیگ بنگ، تعداد بیشتری از این گراویتون‌ها نسبت به نظریه‌های گذشته ایجاد می‌شدند. این مطالعه نشان داد که این پیشرفت برای گراویتون‌های پرجرم کافی بود تا بتوانند میزان ماده تاریک در کیهان را توضیح دهند.
“کاچیاپاگلیا” افزود: «این پیشرفت عجیب بود. ما مجبور شدیم بررسی‌های زیادی را انجام دهیم تا مطمئن شویم که نتیجه درست است، زیرا منجر به تغییر الگو میشود، طوری که گراویتون‌های پرجرم را به عنوان داوطلب ماده تاریک در نظر می‌گیریم.» از آنجایی که گراویتون‌های پرجرم در زیرِ مقیاس انرژی بوزون هیگز تشکیل می‌شوند، از عدم قطعیت‌های مربوط به مقیاس‌های انرژی بالاتر رها می‌شوند، که فیزیک ذرات کنونی آن را به خوبی توصیف نمی‌کند.
نظریه‌ی این تیم، فیزیک مورد مطالعه در زمینه‌ی شتاب دهنده‌های ذرات مانند “برخورد دهنده هادرونی بزرگ” را با فیزیک گرانش مرتبط می‌سازد. این بدان معناست که شتاب‌دهنده‌های ذره‌ای قدرتمند مانند برخورد دهنده دایروی آینده در سرن که باید در سال ۲۰۳۵ شروع به کار کنند، می‌توانند شواهدی از این ذرات ماده تاریک را بدست آورند. “کاچیاپاگلیا” گفت: «احتمالاً بهترین چیزی که ما داریم، برخورد دهنده‌های ذرات با دقت بالا در آینده است. این چیزی است که در حال حاضر مشغول بررسی آن هستیم.» جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.
ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ
منبع: sciencealert.com
لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=103917
(۱۰ نفر , میانگین : ۴,۹۰ از ۵)
سلام سایت خیلی خوبی دارید از علوم دیگه هم مطلب بزارید لطفا ممنون
هرگاه تئوری های فیزیک برای تایید، نتایجی را ارایه میدادند که قابل آزمون بود فیزیک پیشرفت میکرد، مثال واضح فاجعه فرابنفش در آزمایش جسم سیاه بود که بعدا با نظریه پلانک یکی از مشکلات عمده فیزیک کلاسیک حل شد. نظریه پلانک وقتی تایید شد که نتایج آزمایشگاهی نشان داد که فرمول پلانک بخوبی بر نمودار تابش گسیلی جسم سیاه در تمام طول موج ها برازش میابد. ولی اکنون اینگونه نیست، چون اکنون مرزهای خیال دانشمندان با توان آزمایشگاهی این نظریات افسون گونه هماهنگ نیست، نمونه آن نظریه ریسمان با بیشتر از ۱۰ بعد است که هیچ آزمایشی توان آزمون و تایید یا رد ابعاد اضافی فضا زمان را ندارد، اکنون فیزیک به یک رکود طولانی در کشفیات انقلابی دچار شده است. دلیل آن واضح است. وقتی شما نظریاتی در مورد جهان در مقیاس بسیار بزرگ و همچنین در مقیاس زیر اتمی ارایه میدهید به نظریاتی با پیچیدگی های وحشتناک ریاضی نیازمندید. از طرفی متغیرهای پنهان در مقایس های حدی زمان و مکان افزایش میابد. درست مثل فیزیک کلاسیک و نظریه آشوب در هواشناسی!! یک جریان متلاطم هوا با جریانات صعودی شدید حتی با شناسایی کلیه متغیرهای دخیل نظیر تغییرات دما، فشار، رطوبت و غیره باز هم دارای پیچیدگیهای ریاضی و معادلات دیفرانسیل بشدت غیر خطی است که عملا جوابهای پیش بینی رفتار جریان آشوبناک هوا را ناممکن میکند. بعبارت دیگر ممکن است حتی با روش های عددی و تقریبی نیز جوابهای پیش یابی بدست نیایند. پر واضح است در مقیاس های حدی کیهانی و البته زیر اتمی، هم متغیرهای پنهان افزایش میابد هم پیچیدگی های ریاضی، حالا شما به جمع این دو عامل ناتوانی بشر در ترتیب دادن آزمایش نظریاتی در مقیاس های انرژی های بالا و شبیه سازی عالم اولیه را اضافه کنید. دانشمندان در تاریکی تکه هایی از یک پازل را کنار هم میزارند که در نهایت نمیدانند چیست، درست مانند فیل مولانا که هر کس در تاریکی با دست زدن به قسمتی از بدن فیل بزعم خود تفسیری گنگ از آن موجود را ارایه میداد. این اتفاق رکود و ایستایی در کشفیات جدید در تمام علوم پیشرو بوقوع میپیوندد، در حال حاضر فیزیک بدلیل پیشرو بودن زودتر از بقیه علوم به رکود رسیده است. این رکود طبیعی است و ناشی از محدودیت توانایی ذهنی و آزمایشگاهی بشر در مقایس های حدی زمان و مکان است. بنظرم وقتی محدودیت های بالا موجب رکود تک تک علوم شود، تنها کاری که بشر انجام میدهد تحلیل داده و علوم مرتبط با یادگیری ماشین، هوش مصنوعی، علم داده و آمار ریاضی است. سخن اخیر را در مثال زیر روشن میکنم. اگر استدلال های فیزیکی یک پدیده هسته یا مغز واقعیت باشد بدلیل ناتوانی بشر در درک واقعیتهایی در مقیاس های حدی مکان و زمان، فیزیک در نهایت به رکود میرسد و واقعیت یا هسته در دسترس نخواهد بود، در این حالت تنها ظاهری از واقعیت یا پوسته ای از واقعیت در دسترس خواهد بود، اما پوسته چیست؟؟ تصور کنید که به دلیل وزش باد از سمت جنوب به یک منطقه هر بار دمای هوا در آن منطقه افزایش میابد، یک مشاهده گر حدس میزند که ارتباطی بین وزش باد از سمت جنوب و افزایش دمای هوا وجود دارد این ارتباط برای مشاهده گر یک علامت و هشدار است، اما این ارتباط بیانگر مفهوم بنیادی و فیزیک مساله نیست، بلکه یک تلاش آماری است برای ارتباط بین دو متغیر جهت وزش باد و دمای هوا، فقط همین. حقیقت اساسی در فیزیک مساله نهفته است حقیقت اینست که با نفوذ جریانات جنوبی از عرض های جغرافیایی پایین تر که هوا گرم تر است به عرض های شمالی ما باید شاهد ریزش هوای گرم در منطقه باشیم و این فیزیک مساله یا واقعیت یا هسته است. پس ارتباط بین افزایش دما و وزش باد از سمت جنوب یک پوسته از واقعیت است. از طرفی دانستن اینکه در عرض های جنوبی هوا گرم تر است بنابراین با وزش باد از سمت جنوب هوا در عرض های شمالی گرم میشود ما به حقیقت یا فیزیک مساله دست یافته ایم. حال تصور کنید که در مقایس های حدی مکان و زمان واقعیت و یا فیزیک مساله بنا به دلایل بالا دور از دسترس باشد در اینحالت تنها چیزی که بشر میتواند حدس بزند ارتباط آماری بین متغیرها و داده های ارسالی از پدیده در طول زمان است، بهمین دلیل است که به گمانم در نهایت با رکود در علوم مختلف تنها ابزار باقیمانده برای بشر در تحلیل جهان یک تحلیل ظاهری و پوسته ایی از واقعیت خواهد بود، این تحیل ظاهری همان روش های تحلیل داده یا علم جدیدی است که تحت عنوان علم داده ارایه میشود که زیرمجموعه ای از علم آمار، ریاضی و کامپیوتر است.