وجود ذرات عجیب شبیه اکسیون‌ها در ماده تاریک!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،پژوهشگران سرنخ‌هایی از وجود ذرات عجیب شبیه اکسیون‌ها یکی از مهم‌ترین نامزد‌های ماده تاریک در داده‌های موجود برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC) پیدا کرده‌اند. این احتمال مطرح شده که چنین ذراتی شاید سال‌ها پیش در برخورد‌های پرانرژی تولید شده باشند، اما تاکنون در لابه‌لای داده‌ها پنهان مانده‌اند.

به گزارش science alert، اکسیون‌ها نخستین بار در دهه ۱۹۷۰ میلادی به‌عنوان پاسخی به یکی از بزرگ‌ترین معما‌های فیزیک نظری یعنی چرایی وجود ماده بیشتر از پادماده در جهان مطرح شدند. از آن زمان تاکنون تلاش‌های گسترده‌ای برای یافتن نشانه‌های تجربی آنها صورت گرفته، اما تاکنون به نتیجه قطعی نرسیده است. با این حال، این جست‌و‌جو مسیر را برای فرضیه وجود ذراتی شبیه اکسیون‌ها باز کرده است؛ ذراتی با جرم بسیار کم که ویژگی‌هایی نزدیک به فوتون‌ها (ذرات نور) دارند.

در برخورددهنده بزرگ هادرونی ذراتی مانند پروتون‌ها و یون‌ها با سرعتی نزدیک به سرعت نور به یکدیگر کوبیده می‌شوند و فیزیک‌دانان با بررسی آوار این برخورد‌ها به دنبال ذرات ناشناخته می‌گردند. حال گوستاوو گیل دا سیلویرا از سرن و همکارانش سناریوی دیگری را بررسی کرده‌اند: اگر پروتون یا یون در مسیر شتاب‌گیری پیش از برخورد، ذره جدیدی تابش کند، آیا می‌توان آن را شناسایی کرد؟ تحلیل آنها نشان می‌دهد در برخی شرایط پاسخ مثبت است.

این پژوهشگران نشان داده‌اند که پروتون‌های پرانرژی هنگام شتاب‌گیری می‌توانند تعداد بیشتری ذره شبیه اکسیون منتشر کنند، در حالی که یون‌های سنگین نیز چنین تابشی دارند، اما در مقیاس کمتر. از سوی دیگر این ذرات همراه با فوتون‌ها تابش می‌شوند و بنابراین می‌توان به برخورد‌های ترکیبی مانند پروتون ــ یون سرب به‌عنوان نقطه جست‌و‌جو نگاه کرد. چنین آزمایشی دقیقا در سال ۲۰۱۶ در LHC انجام شده و به باور محققان داده‌های همان آزمایش می‌تواند سرنخ‌هایی از این ذرات پنهان را در خود جای داده باشد.

لوسیان هارلند-لنگ از دانشگاه کالج لندن این روش را ابتکاری و جالب توصیف کرده، اما هشدار داده که اجرای آن آسان نیست. او می‌گوید: این نوع رویداد‌های برخوردی به‌ندرت رخ می‌دهند و در چنین شرایطی باید مطمئن شویم که هیچ فرایند پس‌زمینه‌ای شبیه به سیگنالی که دنبالش هستیم وجود نداشته باشد.

از سوی دیگر دسترسی به داده‌های قدیمی LHC نیز به دلیل تغییر نرم‌افزار‌ها و زیرساخت‌ها چالش‌برانگیز است. با این حال سیلویرا معتقد است آزمایش‌های آینده می‌توانند امیدبخش‌تر باشند. او می‌گوید: می‌توانیم آشکارساز‌ها را برای یافتن این سیگنال خاص تنظیم کنیم.

هرچند کشف ذراتی شبیه اکسیون‌ها لزوما معادل کشف اکسیون واقعی نیست و پاسخی قطعی به راز ماده تاریک به شمار نمی‌آید، اما می‌تواند تصویری غنی‌تر از دنیای ذرات ارائه دهد و پرسش‌های تازه‌ای ایجاد کند؛ از جمله اینکه این ذرات چگونه با سایر ذرات شناخته‌شده تعامل می‌کنند و آیا می‌توانند بخشی از معمای ماده تاریک کیهان را روشن کنند یا خیر.