بحث

أفضل مكان للبحث عن المادة المظلمة يمكن أن يكون أحشاء الأرض.

ما يقرب من عشرين مختبرات تحت الأرضوينثر العلماء في جميع أنحاء العالم ، وهم محملون بأحواض سائلة أو كتل من المعادن وأشباه الموصلات ، على آثار للمادة المظلمة. أصبحت تجاربهم أكثر فأكثر تعقيدًا ، وأصبح البحث أكثر دقة ، ولكن حتى الآن لم يعثر أحد على أدلة مباشرة على وجود مادة غامضة ، منها 84٪ من جميع المواد الموجودة في الكون. وفقا لدراسة جديدة ، يجب أن نضج إلى الجذر ، وهذا هو ، حتى أعمق.

المادة المظلمة مختلفة عن الباريونية العاديةالمسألة - جوهر النجوم والمجرات والكلاب والناس وكل شيء آخر - لا يتفاعل مع أي شيء بأي طريقة ، إلا من خلال الجاذبية (وربما قوة نووية ضعيفة). لا نرى هذا ، لكن الفيزيائيين على يقين من أنه موجود وكيف يبتلع النحات المجرات في طريقها عبر الفضاء.

لعدة عقودالمرشحون المفضلون لجزيئات المادة المظلمة هم جزيئات متواضعة افتراضية - WIMPs (WIMP) ، أو جزيئات هائلة التفاعل ضعيفة. تحاول العديد من التجارب العثور على جبان في أعقاب تصادمها مع المادة العادية. في مثل هذا السيناريو ، يجب أن تلمس النواة الذرية من خلال قوة ضعيفة. النواة المرعبة ترتد وتنبعث الطاقة في شكل ما ، ومضة من الضوء أو موجة صوتية. يتطلب الكشف عن مثل هذه الظواهر التي بالكاد ملحوظة أدوات حساسة ، والتي عادة ما توضع عميقا تحت الأرض. ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أن الأدوات ستكون محمية من الأشعة الكونية ، والتي يمكن أن تسبب أيضًا ردود فعل نووية.

بعد عقد من البحث عن هذه الإشارات الضعيفة ،لم يجد العلماء شيئًا تقريبًا. وهكذا ، اقترح فريق من علماء الفيزياء من بولندا والسويد والولايات المتحدة فكرة أخرى. إنهم يعتقدون أنك بحاجة إلى عدم النظر إلى الجرمانيوم وزينون والتلألؤ في أجهزة الكشف تحت قشرة الأرض. وهم يعتقدون أنك تحتاج إلى إلقاء نظرة على القشرة. في سجلات الصخور ، حيث يتم تسجيلها وتغطيتها بطبقات من تاريخ نظامنا الشمسي ، يمكن أن نجد سجلات متحجرة من نوى ذرية مضطربة ، آثار مجمدة من WIMPs.

"نحن نبحث دائمًا عن طرق بديلة" ، هذا ما قالته كاثرين فريسي ، عالمة فيزياء نظرية في جامعة ميشيغان ومطور للأفكار التي شكلت أساس الكاشفات الموجودة.

سوف تعمل باليو كاشف يعمل بالمثلالأساليب الحديثة للكشف المباشر. بدلاً من تجهيز مختبر بحجم كبير من السائل أو المعدن لمراقبة ومضات WIMP في الوقت الفعلي ، يمكنك البحث عن آثار متحجرة لـ WIMP تتصادم إلى نوى ذرية. يمكن لبعض فئات المعادن التقاط مثل هذه الآثار.

إذا كان النواة ترتد مع ما يكفي من الطاقة ، وإذا كانت الذرات المضطربة عميقة تحت الأرض (لحماية العينة من الأشعة الكونية ، والتي يمكن أن تخلط بين البيانات) ، يمكن حفظ أثر الارتداد. إذا كان الأمر كذلك ، فيمكن للعلماء اكتشاف حجر ، وتفكيكه في طبقات من الزمن ، واستكشاف الأحداث الماضية باستخدام تقنيات متناهية الصغر للتصوير مثل مجهر القوة الذرية. ستكون النتيجة النهائية عبارة عن مسار حفري: مسار للديدان أثناء تحليقها من حيوان مفترس ، فقط في مصطلحات المادة المظلمة.

آثار أقدام صغيرة

منذ حوالي خمس سنوات ، بدأ Freese في البحث عن أفكارأنواع جديدة من أجهزة الكشف مع Andrzej Drukier ، عالم فيزياء من جامعة ستوكهولم ، بدأ حياته المهنية مع دراسة اكتشاف المادة المظلمة ، قبل تناول الفيزياء الحيوية. إحدى أفكارهم ، التي تم تطويرها مع عالم الأحياء جورج تشيرش ، تتعلق بكاشفات المادة المظلمة استنادًا إلى تفاعلات الحمض النووي والإنزيم.

في عام 2015 ، ذهب Drukier إلى الروسيةنوفوسيبيرسك ، للعمل على كاشف بيولوجي أولي ، والذي سيوضع تحت سطح الأرض. في روسيا ، تعرف على الآبار التي تم حفرها خلال الحرب الباردة ، والتي انخفض بعضها 12 كيلومترًا. لا يمكن للأشعة الكونية اختراق هذا البعد. كان Drukier مفتون.

كاشفات المادة المظلمة التقليدية نسبيًاكبيرة وحساسة للغاية للأحداث المفاجئة. لقد أجروا عمليات البحث الخاصة بهم منذ عدة سنوات ، لكنهم في الغالب يبحثون عن إشارات WIMP في الوقت الفعلي. يمكن للمعادن ، على الرغم من كونها صغيرة نسبيًا وأقل حساسية للتفاعلات ، أن تجسد عملية بحث استمرت مئات الملايين من السنين.

"هذه القطع الصخرية المستخرجة جدا جدايقول دروكير: "النوى العميقة التي يبلغ عمرها مليار عام تقريبًا". "كلما ذهبت أعمق ، كان كبار السن هم. لا حاجة لبناء كاشف. يوجد بالفعل كاشف في الأرض. "

لكن الأرض لها مشاكلها. الكوكب ممتلئ باليورانيوم المشع الذي ينتج النيوترونات عند تحللها. يمكن لهذه النيوترونات أيضًا أن تطرد النواة. يقول فريز إن العمل الأصلي للعلماء الذين يصفون كاشفات paleo لم يأخذ في الاعتبار الضجيج الناتج عن تحلل اليورانيوم ، لكن العديد من التعليقات من علماء مهتمين أجبرتهم على العودة ومراجعة الوثيقة. أمضى الفريق شهرين يدرس الآلاف من المعادن من أجل فهم أي منها معزول عن انحسار اليورانيوم. يجادلون بأن أفضل كاشفات paleo ستتكون من التبخرات البحرية - في الأساس ، ملح الصخور - أو الصخور التي تحتوي على القليل جدا من السيليكا ، وتسمى الصخور ultrabasic. بالإضافة إلى ذلك ، يبحثون عن معادن تحتوي على الكثير من الهيدروجين ، حيث أن الهيدروجين يحجب بشكل فعال النيوترونات التي ينتجها تحلل اليورانيوم.

يقول تريس سلاتيير ، الفيزيائي النظري في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، الذي لم يشارك في البحث ، إن العثور على آثار في التربة يمكن أن يقودنا إلى غرائز منخفضة الكتلة.

"أنت تبحث عن نواة يبدو أنها بدون سببيقفز ، ولكن يجب أن تقفز كمية معينة لتكون لاحظت. إذا اصطدمت كرة بينج بونج مع كرة البولينج ، فلن تلاحظ نزوحًا معينًا لهذا الأخير - ما لم تتمكن من تسجيل أصغر تغيير في حركة كرة البولينج.

التجربة الأكثر صعوبة

العمل في هذا المجال لن يكون سهلا. يجب إجراء البحوث في عمق الأرض ، حيث سيتم حماية العينات الأساسية من الإشعاع الكوني والشمسي. ولاكتشاف الأدلة على حبات الحفر ، ستكون هناك حاجة إلى تقنيات التصور النانوي الحديثة.

وفقا ل Slatier ، حتى لو يترك WIMP مرئيةندبة ، فإن المشكلة الرئيسية للكاشفات القديمة ستكون دليلاً على أن الآثار الأحفورية تولد فعلاً من جزيئات المادة المظلمة. سيتعين على الباحثين قضاء الكثير من الوقت لإقناع أنفسهم بأن التفاعلات مع النوى ليست من عمل النيوترونات أو النيوتريونات الشمسية أو أي شيء آخر.

"علينا أن نذهب بعمق إلىحماية ضد الأشعة الكونية. ولكن هذا ليس مختبر. هذه ليست الظروف التي تسيطر عليها. قد لا تعرف التاريخ الكامل للرواسب الصخرية. حتى إذا وجدت إشارة فيها ، عليك القيام بالكثير من العمل للتأكد من أنك لن ترى أي خلفية. "

يعتقد Drukier و Freese أن قوة كاشفات paleoقد يكون في أرقام. يحتوي الصنف على العديد من المعادن ، كل منها يحتوي على نوى ذرية ، والتي ترتد من اللعاب المغشوش بطرق مختلفة. لذلك ، ستكون العناصر المختلفة بمثابة كاشفات مختلفة ، ولكن سيتم تضمينها جميعًا في عينة واحدة أساسية. في المستقبل ، يمكن لل paleodetector أن تقدم سجلات للبراعم في الوقت المناسب ، تماماً كما تسمح الحفريات لعلماء الحفريات بإعادة بناء تاريخ الحياة على الأرض.

وفقا ل Slatier ، وقائع طويلة يمكنلتقديم رؤية فريدة من نوعها لهالة المادة المظلمة في درب التبانة ، سحابة من المواد غير المرئية التي تسبح من خلالها الأرض عندما يتحرك النظام الشمسي في مدار من 250 مليون سنة حول مركز المجرة. يقول سلاتييه إن فهم توزيع هالة المادة المظلمة في درب التبانة يمكن أن يعطي فكرة عن سلوكه البدني. ربما سيظهر أيضًا ما إذا كان بإمكان المادة المظلمة التفاعل بطرق تتجاوز الجاذبية.

"هنا توجد النظرية والنمذجةوتقول: "مراحل التطور النشط". "هل سنجد المادة المظلمة" ، يسأل دروكير. "لقد أمضيت خمسة وثلاثين عامًا أبحث عنها. ربما تكون هذه التجربة الأكثر تعقيدًا في العالم ، لذلك قد لا نكون محظوظين. لكنه رائع. "

أعتقد أننا سوف تجد في وقت ما؟ قل لنا الدردشة في برقية.