علمی؛ آغاز بزرگترین تلاش بشر برای حل اسرار ماده تاریک

ماده تاریک به تنهایی ۲۶٫۸% کل جهان، و همراه با انرژی تاریک ۹۵٫۱% کل جهان را تشکیل می‌دهد

در یک معدن طلای سابق در یک مایلی زیر زمین، در داخل یک مخزن تیتانیوم پر از گاز مایع کمیاب، دانشمندان جست‌وجو را برای چیزی که تاکنون غیرقابل یافت بوده، آغاز کرده‌اند: ماده تاریک.
دانشمندان کاملاً مطمئن هستند که مواد نامرئی موسوم به ماده تاریک بیشترین جرم کیهان را تشکیل می‌دهند و می‌گویند که بدون آن ما اینجا نبودیم، اما آنها نمی‌دانند که ماده تاریک چیست. مسابقه برای حل این معمای عظیم، یک تیم تحقیقاتی از دانشمندان را به اعماق این معدن قدیمی در داکوتای جنوبی فرستاده است.

علمی؛ آغاز بزرگترین تلاش بشر برای حل اسرار ماده تاریک
"کوین لسکو"، فیزیکدان آزمایشگاه ملی "لارنس برکلی" در آمریکا می‌گوید که برای دانشمندان این سؤال اساسی هنوز پابرجاست: "این جهانی که من در آن زندگی می‌کنم چیست؟ چرا در حال حاضر، ۹۵% آن هنوز یک راز ناشناخته است؟". ایده این تحقیقات در اعماق زمین اینست که یک مایل خاک و سنگ، یک مخزن غول پیکر، یک مخزن دوم و خالص‌ترین تیتانیوم جهان، تقریبا خواهد توانست عبور تمام پرتو و ذرات کیهانی را که هر روز از همه طرف به سوی ما می‌آیند را مسدود کند. دانشمندان فکر می‌کنند که ذرات ماده تاریک نیز می‌توانند تحت تاثیر این ذرات قرار نگیرند. آنها امیدوارند که بالاخره یک ذره کیهانی به داخل یکی از این مخازن پُر از "زنون" مایع نفوذ کند و به هسته یک اتم زنون برخورد کند همانند دو توپ بیلیارد تا وجود آنها با یک پرتو نور که توسط دستگاهی به نام "محفظه نمایش زمان" آشکار شود.
دانشمندان روز پنجشنبه اعلام کردند که جست و جوی پنج ساله ۶۰ میلیون دلاری سرانجام دو ماه پیش پس از تاخیر ناشی از شیوع کووید-۱۹ آغاز شده است. البته تا کنون این دستگاه هنوز چیزی پیدا نکرده، یا بعبارت بهتر حداقل هنوز هیچ ماده تاریکی وجود ندارد. آنها می‌گویند اشکالی ندارد، آنها صبور هستند. به نظر می‌رسد آنها هنوز در حال کار روی بخش فیلتر کردن بیشتر تشعشعات مزاحم هستند. "کارتر هال" فیزیکدان دانشگاه مریلند می‌گوید: "برای جستجوی این نوع بسیار نادر از کنش و واکنش، اولین کاری که باید انجام دهید خلاص شدن از شر همه تشعشعات مزاحمی‌ست که آزمایش را تحت تاثیر قرار می‌دهد".
و اگر همه محاسبات و تئوری‌های آنها درست باشد، آنها تصور می‌کنند که تنها چند نشانه زودگذر از ماده تاریک را در سال رصد خواهند دید. تیمی متشکل از ۲۵۰ دانشمند تخمین می‌زند که در چند سال آینده دیتاهایشان ۲۰ برابر بیشتر خواهد شد. "هیو لیپینکات" فیزیکدان و سخنگوی این تحقیقات در کنفرانس خبری پنجشنبه گفت: تا زمانی که آزمایش به پایان می‌رسد، احتمال یافتن ماده تاریک با این دستگاه بین ۱۰ تا ۵۰ درصد است". از سوی دیگر "لسکو" از دانشگاه "برکلی" نیز گفت در حالی که به نتیجه رسیدن این تحقیقات حتمی نیست اما همه در آن مشتاق نتیجه‌اش هستند.

با ما به این آزمایشگاه بیائید
دو بالابر عظیم‌الجثه آسانسوری که به اعماق زمین می‌رود را نگاه می‌دارند تا راهیان این زیرزمین طی ۱۰ دقیقه به تونلی برسند که دیوارهایش با توری خنکی پوشیده شده‌اند. اما همین مسیر در معدن قدیمی و کپک زده به خیلی سریع به آزمایشگاهی با فناوری پیشرفته منتهی می‌شود که در آن خاک و آلودگی دشمن دستگاه‌هاست. کلاه‌های معدن دانشمندان با کلاه‌های جدید تمیز تعویض می‌شوند و دو لایه چکمه‌های آبی را روی چکمه‌های ایمنی پنجه فولادی معدن خود می‌پوشند.
"جف چروینکا" مهندس ارشد این تحقیقات در تور ماه دسامبر ۲۰۱۹، قبل از بسته و پُر شدن دستگاه گفت که قلب این آزمایش مخزن غول پیکری به نام "کرایوستات" است که او آن را "مانند قمقمه از شاید خالص‌ترین تیتانیوم در جهان" ساخته باشد که برای سرد نگه داشتن زنون مایع و حداقل نگه داشتن تشعشعات پس زمینه طراحی شده است. "آرون مانالیسای" هماهنگ کننده عملیات فیزیک این آزمایش توضیح داد که انتخاب زنون بسیار مهم بوده زیرا به محققان اجازه می‌دهد تا ببینند که برخورد ذره کهکشانی با یک الکترون با بار منفی آن خواهد بود یا با هسته با بار مثبت آن. او گفت که اگر چیزی به هسته برخورد کند، به احتمال زیاد ماده تاریکی است که همه به دنبال آن هستند.
این دانشمندان سال‌ها پیش آزمایش مشابه و کوچکتری را در همین معدن انجام دادند. بعد از اینکه آنها از نتیجه آزمایش دست خالی بازگشتند فهمیدند که باید با آزمایشی بزرگ‌تر و بهتر بازگردند. یک آزمایش مشابه بزرگ دیگری در ایتالیا در حال انجام است که توسط تیم رقیب این دانشمندان اجرا می‌شود، اما تاکنون نتیجه‌اش اعلام نشده است.

دانشمندان: نه، جهان آنطوری نیست که به نظر ما می‌رسد
یکی از رازهای جهان، ماده تاریک است که بیشترین جرم کیهان را تشکیل می‌دهد اما قابل تشخیص نیست. ستاره‌شناسان می‌دانند که ماده تاریک آنجاست زیرا وقتی ستاره‌ها و سایر مواد منظم کهکشان‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند، متوجه می‌شوند که گرانش کافی برای نگه داشتن این جرم‌های بزرگ در کنار هم وجود ندارد. مانالیزی می‌گوید که اگر جهان همین جرمی بود که ما می‌بینیم آنگاه کهکشان‌ها "به سرعت از هم جدا می‌شدند" و می‌افزاید: "درک ما از تاریخ، از کیهان و تکامل آن بدون ماده تاریک غیرممکن است".
لیپینکات، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا در "سانتا باربارا" می‌گوید: "ما بدون ماده تاریک اینجا نخواهیم بود". بنابراین در حالی که کمتر کسی شک دارد که ماده تاریک وجود داشته باشد، اما در مورد "چیستی" آن همه مشکوک هستند. مهمترین تئوری کنونی، ماده تاریک را شامل چیزهایی به نام "ویمپ" تصور می‌کند، ذراتی عظیم با تعاملی ضعیف. اگر اینطور باشد، آنگاه این تحقیقات خواهد توانست آنها را شناسایی کند. لیپینکات می‌گوید: "ما می‌خواهیم جایی که ویمپ در آن پنهان شده را پیدا کنیم".

ماده تاریک به زبان ساده

ماده تاریک "تاریک" نامیده می‌شود زیرا ظاهرا هیچ کنشی با میدان الکترومغناطیسی ندارد به این معنی که تشعشعات الکترومغناطیسی (مانند نور) از آن منتشر نمی‌شود، بازتاب یا منعکس نمی‌گردد، بنابراین قابل دیدن نیست. به بیان دیگر ماده تاریک، ماده‌ای است که واکنشی نسبت به نور نشان نمی‌دهد، و در عوض وجود و ویژگی‌هایش به‌طور غیرمستقیم و از طریق تاثیرات گرانشی آن بر روی ماده مرئی قابل نتیجه‌گیری است. طبق بررسی‌های دانشمندان جرم - انرژی موجود در جهان شامل ۴٫۹% ماده معمولی؛ ۲۶٫۸% ماده تاریک و ۶۸٫۳% انرژی تاریک است؛ یعنی ماده تاریک ۲۶٫۸% کل جهان را تشکیل می‌دهد. انرژی تاریک و ماده تاریک روی هم ۹۵٫۱% کل جهان را تشکیل می‌دهند. هیچکدام از اینها جرم منفی یا ضد ماده نیستند. دانشمندان هنوز نمی‌دانند چرا در جهان ضد ماده وجود ندارد.

بیشتر بخوانید: