احتمال وجود یک نیروی جدید و عجیب در کیهان؛ آیا بالاخره راز ماده تاریک برملا می‌شود؟

همه چیز در کیهان ما، توسط چهار نیروی اصلی در کنار هم نگه داشته شده یا از هم دور می‌شوند: گرانش، الکترومغناطیس و دو نیروی هسته‌ای ضعیف و قوی. حالا فیزیکدانان فکر می‌کنند که اثرات یک نیروی پنجمی را که از یک اتم هلیوم ناشی شده، کشف کرده‌اند.

البته این محققین برای اولین بار نیست که چنین ادعایی می‌کنند. آن‌ها چند سال پیش هم چنین نیرویی را در واپاشی ایزوتوپ بریلیوم یافته بودند. حالا همین گروه، برای دومین بار توانسته است ظهور این نیروی رازآلود را در آزمایش‌های خود ردیابی کند. آن‌ها ذره‌ای را که فکر می‌کنند حامل این نیروست، X17 نامیده‌اند.

اگر این کشف مورد تایید فیزیکدانان قرار بگیرد، نه تنها به ما اجازه خواهد دهد تا نیروهای حاکم بر کیهان‌مان را بهتر بشناسیم، بلکه همچنین می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا مساله ماده تاریک را نیز حل کنند.

Attila Krasznahorkay و همکارانش از موسسه تحقیقات هسته‌ای در مجارستان، در سال 2016 با بررسی واپاشی یک اتم برانگیخته بریلیوم-8 متوجه چیز مشکوکی شدند.

بد نیست بدانید که اگر نور ساطع‌شده در یک واپاشی، انرژی کافی داشته باشد، می‌تواند یک الکترون و یک پوزیترون تولید کند که تحت یک زاویه قابل‌پیش‌بینی از هم جدا می‌شوند. براساس قانون بقای انرژی، با افزایش انرژی نوری که دو ذره را تولید می‌کند، زاویه بین آن‌ها کاهش خواهد یافت.

اما، چیزی که Krasznahorkay و تیمش، هنگام واپاشی بریلیوم-8 به آن برخوردند، به‌طرز عجیبی مغایر با اصل فوق بود. آن‌ها یک افزایش غیرمنتظره را در زاویه جدایی الکترون‌ها و پوزیترون‌ها از یکدیگر مشاهده کردند.

همین امر باعث شد تا گروه تحقیق فکر کنند که احتمالا یک نیرو باعث این رفتار شده است. آن‌ها با معرفی ذره کاملا جدیدی که حامل این نیرو بود، توجه سایر فیزیکدانان دنیا را به خود جلب کردند.

مشخصات این ذره نشان می‌داد که باید نوع کاملا جدیدی از ذره بنیادین بوزون باشد. البته این ادعای کوچکی نبود. ما در حال حاضر می‌دانیم که سه تا از چهار نیروی اصلی کیهان، دارای بوزون‌هایی هستند که پیام‌های جاذبه و دافعه خود را از طریق آن‌ها ارسال می‌کنند. نیروی جاذبه، توسط یک ذره فرضی به نام گراویتون حمل می‌شود، اما دانشمندان متاسفانه هنوز موفق به مشاهده آن نشده‌اند.

این بوزون جدید، به‌لطف جرم منحصربه‌فرد (۱۷ الکترون‌ولت؛ تقریبا ۳۳ برابر جرم یک الکترون) و عمر کوتاهش (حدود ۱۰ تا ۱۴ ثانیه)، احتمالا نمی‌تواند یکی از ذرات حمل‌کننده چهار نیروی شناخته‌شده باشد.

بنابراین، همه نشانه‌ها حاکی از آن بود که بوزون مذکور حمل‌کننده یک نیروی جدید پنجم است. البته پیدا کردن یک ذره جدید، خبر بزرگی برای علم فیزیک محسوب می‌شود؛ اما این موضوع مسلما نیاز به بررسی‌ها و آزمایش‌های بیشتری داشت.

خوشبختانه، تیم Krasznahorkay به موفقیت‌های گذشته خود مغرور نشدند و سعی کردند تحقیقات بیشتری را در این زمینه انجام دهند. آن‌ها تمرکز خود را این‌بار بر روی تغییر در حالت هسته یک اتم هلیوم برانگیخته گذاشتند.

این محققین، مشابه کشف قبلی، موفق به مشاهده الکترون‌ها و پوزیترون‌هایی شدند که با زاویه‌ای غیر از آنچه که قبلا پیش‌بینی شده بود، از هم جدا می‌شدند.

آن‌ها با محاسبات خود نشان دادند که هسته هلیوم می‌تواند یک بوزون کوتاه‌عمر با جرم ۱۷ الکترون‌ولت تولید کند که باعث پدیده فوق گردد. برای سادگی کار، آن‌ها این بوزون جدید را X17 نامیدند.

با این‌حال، هنوز راه زیادی برای به رسمیت شناختن ذره‌ای که بتواند به مدل‌های موجود اضافه گردد، وجود دارد. در حالیکه نتایج تحقیقات سال 2016 تیم Krasznahorkay، در ژورنال معتبر Physical Review Letters چاپ شد، اما مطالعه حاضر هنوز باید مورد بررسی کارشناسان قرار بگیرد.

با این‌حال، اگر این بوزون عجیب، صرفا ناشی از خطاهای آزمایشگاهی نبوده باشد، واکنش آن با نوترون‌ها نشان می‌دهد که ما با یک نیروی کاملا جدید سروکار داریم که مثل هیچ‌کدام از چهار نیروی اصلی دیگر عمل نمی‌کند.

با وجود ماده مرموزی به نام ماده تاریک که یکی از بزرگترین معماهای علم فیزیک است، شاید کشف یک ذره بنیادی جدید بتواند راه‌حلی را جلوی پای دانشمندان بگذارد.

در حال‌حاضر، تعدادی از تحقیقات انجام‌شده بر روی ماده تاریک، چشم به بوزون جدید ۱۷ الکترون‌ولتی دوخته‌اند تا با استفاده از آن بتوانند توضیح بهتری برای این ماده ارایه کنند.

نکته آخر اینکه، وارد کردن یک عضو جدید به مدل استاندارد نیروهای شناخته‌شده کیهان و ذرات حامل آن‌ها، مسلما باعث تحول بزرگی در علم فیزیک ذرات خواهد شد؛ بنابراین باید منتظر ماند و دید آیا ذره جدید می‌تواند چنین تغییر عظیمی را ایجاد کند یا نه.

تحقیق حاضر برای مطالعه بیشتر در وب‌سایت arXiv قرار گرفته است.

منبع sciencealert
  

یه نظری بده!

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

از دیدگاه شما سپاسگزاریم