على عمق ميل تحت ولاية داكوتا الجنوبية الأمريكية، في ما كان منجم ذهب سابقاً، أجريت أكثر التجارب تطوراً في العالم، وهي تجربة كاشف لوكس زبلين LUX-Zeplin، التي أملت في رصد المادة المظلمة، وهي المادة الافتراضية التي يُعتقد أنها تشكل 85٪ من المادة في الكون.
شُغل الكاشف قبل شهرين من دون أن يرصد المادة المظلمة، لكنه سمح للباحثين خلال تلك الأيام الستين بوضع أكثر القيود صرامة على ماهية المادة المظلمة. وينبغي أن يشغل الجهاز لمدة 1000 يوم ليدرك حساسيته الكاملة، لكن هذه النتائج الأولية تؤكد أن التصميم لا يعيبه شيء.
ماهية المادة المظلمة
والمادة المظلمة غير مرئية ولا تتفاعل مع الضوء. والأدلة الرصدية الموجودة حتى الآن أدلة ظرفية، تستند إلى الحاجة إلى مادة إضافية (أو فيزياء جديدة) لشرح دوران المجرات وتركيبات الكون. ويشير أحد الاحتمالات إلى أن المادة المظلمة مصنوعة من جزيئات ضخمة ضعيفة التفاعل (سنشير إليها برمز WIMP)، وهذا ما يبحث عنه الكاشف لوكس زبلين LUX-Zeplin. وقد تتفاعل جزيئات WIMP بين حين وآخر مع ذرة من ذرات الزينون السائل في الكاشف الذي يبلغ وزنه سبعة أطنان.
وقد يؤدي التفاعل المحتمل إلى تحرير الإلكترونات التي سيرصدها الكاشف. وحتى لو لم يكن هناك أي تفاعل، فإن هذا يخبر الفيزيائيين بالأماكن التي لا تحتوي مادة مظلمة. وأدى التجريب على مدى 60 يوماً إلى تقليل النطاق الشامل المحتمل الذي قد توجد فيه جزيئات WIMP.
نتائج مهمة لكاشف المادة المظلمة
وقال آرون ماناليساي من مختبر بيركلي، الذي قاد جهود التعاون لإنتاج هذه النتائج الفيزيائية الأولى، في بيان: "نجح تعاوننا بشكل جيد لمعايرة استجابة الكاشف وفهمها. وباعتبار أننا شغلناه منذ بضعة أشهر وأثناء قيود جائحة كوفيد 19، من المدهش أن نحصل على هذه النتائج المهمة في هذا الوقت القصير". ويمكن قراءة الورقة التي تحتوي على النتائج الأولى عبر الإنترنت هنا.
ويدخل الكاشف الآن المنطقة المعروفة باسم ضباب النيوترينو (أرضية النيوترينو سابقاً). وهي المنطقة التي يمكن للكاشف فيها أن يرصد تأثيرات النيوترينوات، وهي أيضاً جسيمات بالكاد تتفاعل مع المادة. لكن العلماء واثقون من جمع ما يكفي من البيانات لفصل النيوترينوات عن جزيئات WIMP.
Impressive new world-leading dark matter limit from @lzdarkmatter. Here it is in context. Next stop, neutrino fog (or a wimp?)... pic.twitter.com/A1AASuSRBl
— Ciaran O'Hare (@cajohare) July 8, 2022
جمع مزيد من البيانات عن المادة المظلمة
وأوضح المتحدث باسم فريق لوكس زبلين LUX-Zeplin هيو ليبينكوت من جامعة كاليفورنيا أن الفريق يخطط "لجمع نحو 20 ضعفاً من البيانات في السنوات القادمة، لذلك ما زلنا في البداية وحسب. وهناك الكثير من الطرق العلمية التي يجب اتباعها، وهذا أمر مشوّق للغاية".
ماذا عن مصادم الهدرونات الكبير
لم يجر البحث عن المادة المظلمة في هذه التجربة وحدها، إذ بدأ مصادم الهدرونات الكبير [The Large Hadron Collider] جولته التشغيلية الثالثة، ويأمل الفيزيائيون أن يروا تحللاً غريباً لبوزون هيغز، وهو تحلل يشير إلى وجود المادة المظلمة. ومن الواضح أن الرصد الفلكي بواسطة التلسكوبات القادمة سيقلل أكثر من خصائص شكل المادة الجدير بالتصديق.
iflscience