پروفسور استفانو پروفومو از دانشگاه کالیفرنیا در سانتا کروز، در دو مقاله جدید به بررسی دو فرضیه جسورانه پرداخته، که ممکن است راز ماده تاریک را فاش کنند.
به گزارش تکناک، دانشمندان به شواهد محکمی دست یافته‌اند که نشان می‌دهد ماده تاریک واقعاً وجود دارد. این ماده عجیب که حدود ۸۰ درصد از کیهان را تشکیل می‌دهد، با چشم دیده نمی‌شود، چرا که با نور هیچ واکنشی ندارد. اما اثرات آن را به وضوح می‌توان مشاهده کرد. به عنوان مثال:
- کهکشان‌ها به لطف نیروی گرانش ماده تاریک کنار هم نگه داشته می‌شوند.
- سرعت چرخش ستاره‌ها در کهکشان‌ها بدون وجود ماده تاریک قابل توضیح نیست.
- الگوی خاص پراکندگی کهکشان‌ها در فضا با وجود ماده تاریک ممکن شده است.
- نقشه‌های دقیق از تابش‌های باقیمانده از آغاز جهان نشان‌دهنده ماده تاریک هستند.
همه این مشاهدات به طور مستقل وجود این ماده نامرئی اما تأثیرگذار را تأیید می‌کنند. ماده تاریک مثل چسب نامرئی است که کیهان را در کنار هم نگه داشته است.
دانشمندان هنوز مطمئن نیستند که ماده تاریک چیست و چگونه به وجود آمده است. پروفسور پروفومو دو ایده جدید مطرح کرده است که می‌گویند ماده تاریک در آغاز جهان، تحت شرایط خاص، به طور طبیعی به وجود آمده است و به احتمال زیاد ذره‌ای نیست که بتوان آن را مثل مواد معمولی به راحتی پیدا کرد.
فهرست مطالب
راز ماده تاریک در جهان آینه‌ای
در یکی از تازه‌ترین مطالعات که در تاریخ ۸ ژوئن در مجله Physical Review D منتشر شده است، پروفسور پروفومو این احتمال را بررسی می‌کند که ماده تاریک شاید در یک «جهان پنهان» یا «جهان آینه‌ای» شکل گرفته باشد. این جهان برای ما قابل مشاهده نیست، اما ممکن است نسخه‌های خاص خود را از ذرات و نیروها داشته باشد و همچنان از قوانین فیزیکی مشابه جهان ما پیروی کند.
این نظریه بر اساس نظریه کرومودینامیک کوانتومی (QCD) شکل گرفته است، که توضیح می‌دهد چگونه ذرات کوچکی به نام کوارک‌ها با نیروی هسته‌ای قوی به هم متصل می‌شوند و پروتون‌ها و نوترون‌ها را می‌سازند. دانشگاه کالیفرنیا سانتا کروز در این حوزه سابقه‌ای قوی دارد. برای مثال، مایکل دین، یکی از اساتید بازنشسته این دانشگاه، از پیشگامان نظریه‌هایی بود که آکسیون QCD را به عنوان یکی از کاندیداهای اصلی ماده تاریک معرفی کرد.
در پژوهش جدید پروفسور پروفومو، فرض بر این است که در بخش تاریک جهان نیز نیرویی مشابه نیروی هسته‌ای قوی وجود دارد. این نیرو باعث می‌شود که ذراتی به نام «کوارک‌های تاریک» و «گلوئون‌های تاریک» به هم بچسبند و ذرات سنگینی به نام «باریون‌های تاریک» را بسازند. در شرایط خاصی که در ابتدای پیدایش جهان وجود داشته، این باریون‌ها ممکن است آن‌قدر فشرده شوند که زیر فشار گرانش خود فرو بریزند و اجرامی بسیار کوچک، پایدار و شبیه سیاهچالهها به وجود آورند.
این اجرام که جرم آنها چند برابر جرم پلانک است (واحدی بسیار کوچک در فیزیک)، اگر به مقدار کافی تولید شده باشند، می‌توانند تمام ماده تاریک موجود در جهان را تشکیل دهند. از آنجایی که این اجرام فقط از طریق گرانش با محیط اطراف تعامل دارند، برای آشکارسازهای معمولی قابل شناسایی نیستند. با وجود این، حضور آنها تأثیر بزرگی بر شکل‌گیری ساختارهای بزرگ کیهانی مانند کهکشان‌ها دارد.
این نظریه، یک دیدگاه تازه و قابل آزمایش ارائه می‌دهد که بر پایه اصول شناخته‌شده فیزیک بنا شده است. همچنین ادامه‌دهنده مسیر علمی دانشگاه کالیفرنیا سانتا کروز در تلاش برای پیوند دادن نظریه‌های عمیق با بزرگ‌ترین رازهای کیهان به‌حساب می‌آید.
ماده تاریک و افق کیهانی
پروفسور پروفومو در مطالعه‌ای که در ماه می منتشر کرد، این ایده را مطرح کرده که ماده تاریک ممکن است از افق کیهانی شکل گرفته باشد، یعنی جایی در کیهان که شبیه مرز سیاهچالهها است.
این پژوهش بررسی کرد که اگر جهان پس از دوره تورم کیهانی (زمانی که جهان به‌سرعت گسترش یافت)، یک مرحله کوتاه اما سریع‌تر از انبساط معمولی را تجربه کرده باشد، آیا این مرحله می‌توانسته است ذراتی را از طریق تابش کوانتومی به وجود آورد؟
این پژوهش با استفاده از نظریه میدان کوانتومی در فضازمان خمیده، نشان می‌دهد که بسته به دما و زمان این مرحله، ماده تاریک می‌تواند با اندازه‌های مختلف به وجود آمده باشد. این فرایند نیازی ندارد که ماده تاریک با مواد دیگر تعامل خاصی داشته باشد، فقط باید پایدار باشد و از طریق گرانش ساخته شده باشد. این ایده از این می‌آید که نزدیک افق‌های کیهانی (مثل مرز سیاهچالهها)، اثرات کوانتومی باعث دیده شدن نوعی تابش گرمایی می‌شوند.
پروفومو عنوان می کند که این دو نظریه درباره راز ماده تاریک کاملا حدسی هستند، اما ایده‌هایی کامل و قابل بررسی ارائه می‌کنند، که به نظریه‌های رایج این ماده وابسته نیستند.
پروفسور پروفومو نویسنده کتابی به نام مقدمه‌ای بر ماده تاریک ذره‌ای می‌باشد، که در سال ۲۰۱۷ منتشر شده است. او در این کتاب، با استفاده از تجربه‌های شخصی و روش‌های علمی پیشرفته، توضیح می‌دهد که چگونه می‌توان راه‌هایی برای تشکیل ماده تاریک طراحی و آزمایش کرد. همچنین این کتاب «الگوی تشکیل ماده تاریک» را یکی از پیشرفت‌های مهم در مرز میان کیهان‌شناسی و فیزیک ذرات بنیادی معرفی می‌کند.
