تخمين دقيق تر از حد ذرات ماده تاريك

[Easy Bug]

فيزيكدانان دقيق‌ترين حد تعيين‌شده براي ذرات ماده تاريك- ماده اسرارآميز و مبهمي كه تصور مي‌شود 98 درصد از همه ماده جهان و تقريبا يك چهارم جرم كل جهان را تشكيل دهد- را به دست داده‌اند.

به گزارش لايوساينس پژوهشگران از داده‌هاي به دست آمده از "تلسكوپ فضايي پرتو گاماي فرمي" ناسا براي محاسبه سرعت برخورد ذرات ماده تاريك با ضدماده‌هاي‌شان و نابودشدن‌شان در كهكشان‌هايي كه به دور كهكشان راه شيري ما مي‌چرخند، استفاده كردند تا پارامترهاي مربوط به جرم ذرات تاريك را تعيين كنند.
ساواس كوشياپاس، استاديارد بخش فيزيك در دانشگاه براون، و دانشجوي دوره فوق‌ليسانس آلكس گرينگر- اسمت دريافتند كه ذرات ماده تاريك بايد جرمي بيشتر از 40 گيگا الكترون ولت(GeV)- تقريبا 42 برابر جرم يك پروتون را داشته باشند.
كوشياپاس در بيانيه‌اي اعلام كرد: "بر اساس يافته‌هاي ما اگر ذره يك توده جرمي كمتر از 40 گيگا-الكترون‌ولت داشته باشند، نمي‌توان آنها را ذره ماده تاريك خواند."
جزئيات اين بررسي در جورنال Physical Review Letters منتشر شده است.
ترديد در يافته‌هاي پيشين
اين پژوهشگران مي‌گويند نتايج آنها با يافته‌هاي اخير از تجربيات زيرزميني كه كشف بالقوه ماده تاريك را گزارش كرده بود، تطبيق ندارد.
اين تجربيات مدعي بودند كه ذرات ماده تاريك با جرمي از 7 تا 12 گيگا الكترون ولت يافته‌اند، ميزاني بسيار كمتر حد تعيين شده بر اساس بررسي جديد است.
اما قضيه پيچيده‌تر از اينهاست. در دهه 1920 ادوين هابل ستاره‌شناس كشف كرد كه جهان ايستا نيست، بلكه در حال گسترش است. بيش از70 سال بعد، مشاهدات تلسكوپ فضايي هابل كه نام اين ستاره‌شناس را بر خود داشت، نشان داد كه جهان با سرعتي بسيار بيشتر از حدي كه قبلا تصور مي‌شد، در حال گسترش و انبساط است.
كيهان‌شناسان معتقدند نيروي مرموزي به نام انرژي تاريك زمينه‌ساز اين شتاب گرفتن شگفت‌آور انبساط جهان است. انرژي تاريك، مانند ماده تاريك، به طور مستقيم شناسايي نشده است، اما تصور مي‌‌شود عامل نيرويي باشد كه كيهان را با سرعت مرتبا فزاينده گسترش مي‌دهد.
كوشياپاس مي‌گويد: "اگر فرض كنيم كه جرم ذره ماده تاريك كمتر از 40 گيگا الكترون ولت است، در اين صورت مقدار ماده تاريك در حال حاضر آنقدر زياد خواهد بود كه ديگر نمي‌‌شود با اين سرعت شتابنده انبساط پيدا كند."
جهان پيچيده ما
تصور مي‌‌شود كه انرژي تاريك 73 درصد از كل جرم و انرژي جهان را تشكيل مي‌دهد. ماده تاريك 23 درصد بقيه را تشكيل مي‌دهد و تنها 4 درصد از جهان از ماده معمول كه ما مي‌توانيم آن را ببينيم، مانند ستاره‌ها، سياره‌ها و كهكشان‌ها تشكيل شده‌اند.
اما از آنجايي كه نه ماده تاريك و نه انرژي تاريك به طور مستقيم قابل‌ شناسايي نيستند، مفاهيمي ثابت‌نشده باقي مي‌مانند.
دست كم از يك لحاظ تصور مي‌شود كه ماده تاريك مانند ماده معمول عمل مي‌كند، هنگامي كه ذرات ماده تاريك با ذرات ضدماده مربوط به خود برخورد مي‌كنند، بايد يكديگر را نابود كنند. ضدماده متناظر ماده معمولي است؛ تصور بر اين است كه براي هر ذره ماده يك ذره ضدماده متناظر وجود دارد كه جرمي معادل آن و باري مخالف آن دارد.
دانشمندان تصور مي‌كنند كه ماده تاريك از ذراتي به نام "ذرات پرجرم با تعامل ضعيف" (WIMP) تشكيل شده باشند. هنگامي كه يك WIMP با ضدذره خود برخورد مي‌كنند، بايد يكديگر را نابود كنند.
كوشياپاس و گرينگر- سامت براي بررس جرم ماده تاريك، اساس اين روند نابودي را معكوس كردند. آنها به مشاهده هفت كهكشان كوتوله پرداختند كه تصور مي‌شود مملو از ماده تاريك باشند، زيرا حركت ستاره‌‌هاي درون آنها را نمي‌توان با جرم آنها به تنهايي به طور كامل توضيح داد.
به گفته كوشياپاس از آنجايي كه اين كهكشان‌هاي كوتوله همچنين گاز هيدروژن و ساير مواد معمول بسيار كمتري دارند، تصوير واضحتري از ماده تاريك و اثرات آن را به دست مي‌دهند.
فيزيكدانان با استفاده از داده‌هاي جمع‌آوري‌شده در سه سال گذشته بوسيله تلسكوپ فرمي كه تابش پرتوهاي پرانرژي گاما را رصد مي‌كند، به عقب باز گشند.
اين دانشمندان با اندازه‌گيري شمار ذرات نور، به نام فوتون‌ها، در اين كهكشان‌ها محاسبه معكوس انجام دادند تا مشخص كنند هر چند وقت يك بار ذراتي نام كوارك توليد مي‌شده‌اند كه فراورده واكنش نابودي WIMP و ضدWIMP هستند.
اين كار فيزيكدانان را قادر كرد تا حدود جرم ذرات ماده تاريك و سرعت نابود‌شدن‌شان را تعيين كنند.
منبع: همشهري