یک آزمایش فیزیکی ممکن است به طور غیرمنتظره‌ای انرژی تاریک را در زمین کشف کرده باشد

منتشر شده در inverse به تاریخ ۲۵ سپتامبر ۲۰۲۱
لینک منبع A physics experiment may have unexpectedly detected dark energy on Earth

انرژی تاریک فقط تاریک نیست - تقریباً نامرئی است.

با فرضیه فیزیک‌دانان برای هدایت انبساط شتابان جهان، انرژی تاریک هرگز به طور مستقیم مشاهده یا اندازه‌گیری نشده است. در عوض، دانشمندان تنها می‌توانند از اثرات آن بر فضا و ماده که می‌توانیم ببینیم، در مورد آن نتیجه‌گیری کنند.

یافتن نکات قابل اندازه‌گیری از تأثیرات انرژی تاریک بر اجسام دور - و شکل خود فضا - هدف اصلی ماموریت‌های اصلی ناسا، مانند تلسکوپ فضایی رومی نانسی گریس است.

اما در مقاله جدیدی که در 15 سپتامبر در مجله Physical Review D منتشر شد، گروهی از کیهان‌شناسان پیشنهاد می‌کنند که محققان ممکن است نیازی به بررسی عمیق کیهان برای رصد دست دوم انرژی تاریک نداشته باشند - این ممکن است دقیقاً در اینجا در زمین کشف شده باشد.

تازه چه خبر - در این مقاله، محققان ادعا می‌کنند که اشارات انرژی تاریک در آزمایشگاه ملی گران ساسو در ایتالیا در طول آزمایشی که برای شناسایی ماده تاریک طراحی شده‌بود، کشف شد.

این تیم که بیشتر متشکل از نظریه‌پردازان بود، به بررسی داده‌های XENON1T پرداختند، آزمایشی که برای تشخیص فعل و انفعالات نادر بین ذرات فرضی ماده تاریک و اجزای زنون گاز نجیب که در یک آشکارساز مخصوص نگهداری می‌شود، طراحی شده است.

جرمی ساکشتاین، استادیار فیزیک نظری در دانشگاه هاوایی و یکی از نویسندگان این مقاله، به اینورس می‌گوید: احتمال اینکه انرژی تاریک به طور مستقیم کشف شده‌باشد، مسلما پایین است.

او می‌گوید: «توضیحات دیگری نیز برای این علامت وجود دارد، و در حال حاضر، ما نمی‌دانیم که آیا این فقط یک ناهنجاری آماری است یا خیر.»

از نظر آماری، ۵ درصد احتمال وجود دارد که تشخیص یک ناهنجاری باشد. در مقایسه، تشخیص کشف هیگز بوسون در سال 2012، قطعی‌تر بود - تنها یک در حدود 3.5 میلیون شانس وجود داشت که تشخیص ناهنجار باشد.

اما اگر تایید شود، شناسایی انرژی تاریک در XENON1T به معنی اولین بررسی تجربی از چیزی است که مسلما قدرتمندترین نیروی شکل‌دهنده تکامل و سرنوشت کل جهان است.

الکسی فیلیپنکو، ستاره‌شناس دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، که در این تحقیق شرکت نداشته است، به اینورس می‌گوید: «اگر این درست باشد، این یک کشف حیرت‌انگیز است.» « اما کارهای زیادی باید انجام شود تا مشخص شود که آیا این درست است یا نه.»

انرژی تاریک به جای جذب، دفع می‌شود - به این معنی که چیزی است که جهان را گسترش می‌دهد. ناسا

انرژی تاریک چیست؟

فیزیکدانان می‌دانند که جهان برای سال‌ها در حال گسترش است، اما در اواخر دهه ۱۹۹۰، مشاهدات نشان داد که جهان نه تنها در حال رشد است بلکه با سرعت فزاینده‌ای در حال انجام این کار است. فیلیپنکو توضیح می‌دهد: کشف این موضوع خیلی عجیب بود.

فیلیپنکو می‌گوید: «علت عجیب بودن این نتیجه این است که از آنجا که جاذبه طبیعی کِشنده است، ما انتظار داریم که تمام کهکشان‌ها به سوی یکدیگر کشیده شوند و انبساط جهان را کند کنند.» « گسترش آن یک شگفتی عظیم بود.»

همه چیزهای شناخته‌شده باید در جهان به سمت درون کشیده شوند، به عبارت دیگر، نه به سمت بیرون. بنابراین اخترفیزیک‌دانان در رویای چیزهای جدیدی بودند تا این رفتار عجیب را توضیح دهند: انرژی تاریک. با پر کردن تمام فضا، فشار منفی انرژی تاریک جهان را مانند یک بادکنک پر می‌کند.

در حال حاضر، اعتقاد بر این است که این نسبت در حدود ۶۸ درصد از جرم جهان است، اگر چه این نسبت با انبساط جهان رشد می‌کند. به نظر می‌رسد که انرژی تاریک ارتباط بسیار کمی با جاذبه دارد.

حدود 27 درصد از جرم را ماده تاریک تشکیل می‌دهد که با انرژی تاریک ارتباطی ندارد، به دلیل عدم دسترسی به آن در تشخیص وکشف (به دلیل تاریکی). ماده تاریک ممکن است اجسامی باشد که ما نمی‌توانیم به راحتی آن‌ها را تشخیص دهیم یا ماده‌ای است که از ذرات عجیب و غریب ساخته شده است. ماده عادی شامل ۵ درصد باقیمانده است. هم ماده تاریک و هم ماده معمولی با جاذبه در تعامل هستند.

فیلیپپنکو می‌گوید: «این ماده غالب جهان است، و ما نمی‌دانیم چیست! این به نوعی نگران‌کننده است.»

همانند ماده تاریک، چندین نظریه در مورد اینکه انرژی تاریک چیست وجود دارد. ساکشتاین و گروهش یک فرضیه خاص را مورد بررسی قرار دادند: ذرات آفتاب پرست، که به این دلیل نامگذاری شده‌اند که می‌توانند خواص خود را با محیط محلی تنظیم کنند.

پیدا کردن طبیعت انرژی تاریک برای پیدا کردن سرنوشت جهان ما ضروری است، اما در اینجا چند نظریه در مورد آنچه ممکن است اتفاق بیفتد وجود دارد. ناسا

آن‌ها چگونه این کار را انجام دادند - در ژوئن سال 2020، یک تیم XENON گزارش داد که آزمایش آنها تعداد زیادی از فعل و انفعالات ذرات با الکترون‌ها را در آشکارساز در مقایسه با پیش‌بینی‌های آنها ثبت کرده است.

توضیحات پیشنهادی برای کشف‌های بیشتر از ناهنجاری‌های آماری گرفته تا تشخیص محورهای خورشیدی، نوعی فرض از ذرات ماده تاریک که می‌تواند در هسته خورشید تولید شود، متغیر است. با این حال، این نظریه با مشاهدات خورشید و دیگر ستارگان در تضاد است.

اما ساکشتاین و همکارانش، که در تشخیص اصلی دخیل نبودند، نگاهی به نتایج انداختند و برخی از تفکرات خارج از چارچوب را اعمال کردند.

آن‌ها پیشنهاد می‌کنند که XENON1T ممکن است به طور اتفاقی انرژی تاریک ذرات «آفتاب‌پرست» را کشف کرده باشد، یک شکل فرضی از انرژی تاریک که می‌تواند در خورشید ایجاد شود، و تحت شرایط آزمایش XENON1T، با ماده نرمال به همان روش آکسون‌های خورشیدی، اما بدون تناقض با مشاهدات دیگر ستارگان تعامل داشته باشد.

بنا به گفته ساکشتاین، نظریه‌های آفتاب‌پرست تنها یکی از چارچوب‌های بسیار برای درک انرژی تاریک هستند. اگر حق با او باشد و آفتاب‌پرست کشف بیش از حد در XENON1T را توضیح دهد، بسیاری دیگر از فرضیه‌های انرژی تاریک را رد کرده و در را برای کارهای تجربی و پیش‌بینی‌هایی که در حال حاضر غیر ممکن هستند، باز می‌کند. اما این یک اگر بزرگ است.

در آینده چه خواهد شد - ساکشتاین به عنوان یک نظریه‌پرداز می‌گوید: « من عادت دارم نظریاتم را خیلی سریع رد کنم.»

در حالی که او دوست دارد این فرضیه را تایید کند، گام بعدی تلاش و اثبات اشتباه بودن آن با جستجو برای نشانه‌های مشابه تشخیص انرژی تاریک آفتاب‌پرست در آزمایش‌های دیگر است. در این مقاله، محققان به آزمایش PandaX-4t در چین و آزمایش LUX-Zeplin وزارت انرژی ایالات متحده در داکوتای جنوبی به عنوان نماینده به‌دست آورنده آفتاب‌پرست اشاره کردند.

ساکشتین می‌گوید: «نکته جدید و هیجان‌انگیز این است که ما اکنون می‌دانیم که می‌توانیم در یک آشکارساز به دنبال اشیا بگردیم، می‌توانیم به دنبال اثبات شواهد در دیگر آشکارسازها و آشکارسازهای آینده باشیم.» « شاید این جواب دهد، شاید جواب ندهد.»

چکیده: ما چشم‌اندازهایی را برای تشخیص مستقیم انرژی تاریک توسط آزمایش‌های تشخیص مستقیم ماده تاریک در حال حاضر و آینده مورد بررسی قرار می‌دهیم. اگر انرژی تاریک با درجه آزادی نور جدید جفت شده با ماده و فوتون‌ها رانده شود، کوانتوم‌های انرژی تاریک در خورشید تولید می‌شود. این کوانتوم‌ها به سمت زمین جریان می‌یابند و در آنجا می‌توانند با ذرات مدل استاندارد در اتاق‌های تشخیص آزمایش‌های تشخیص مستقیم تعامل داشته باشند و این احتمال را ایجاد می‌کنند که این آزمایش‌ها برای آزمایش انرژی تاریک مورد استفاده قرار گیرد. مکانیسم‌های غربالگری، که نیروهای پنجم مرتبط با ذرات نور جدید را تحت فشار می‌گذارد و از ویژگی‌های ضروری بسیاری از مدل‌های انرژی تاریک است، از وقوع فرآیندهای تولید در هسته خورشید و به طور مشابه در هسته‌های سرخ اختر، شاخه افقی و ستاره‌های کوتوله سفید جلوگیری می‌کند. در عوض، اتصال انرژی تاریک به فوتون‌ها منجر به تولید در میدان مغناطیسی قوی تاکوکلین خورشیدی از طریق مکانیسم مشابه فرآیند پریماکوف می‌شود. این امر به سیگنال‌های قابل تشخیص بر روی زمین اجازه می‌دهد در حالی که از محدودیت‌های قوی که معمولاً ناشی از کاوش‌های ستاره‌ای ذرات نور جدید است، فرار کند. به عنوان مثال، ما بررسی می‌کنیم که آیا میزان زیاد پس زدن الکترون که اخیراً توسط همکاری XENON1T گزارش شده است را می‌توان با انرژی تاریک غربال شده با آفتاب پرست توضیح داد و دریافتیم که چنین مدلی بر فرضیه پس‌زمینه تنها در سطح 20σ ترجیح داده می شود، در طیف وسیعی از فضای پارامترها که توسط کاوشگرهای ستاره‌ای (یا دیگر) حذف نشده است. این امر این احتمال را افزایش می‌دهد که XENON1T به اولین تشخیص مستقیم انرژی تاریک دست یافته‌است. در نهایت با استفاده از آشکارسازهای برنامه‌ریزی‌شده آینده مانند XENONnT، PandaX-۴ T و LUX-ZEPLIN چشم اندازهای تایید این سناریو را مورد مطالعه قرار می‌دهیم.

این متن با استفاده از ربات ترجمه مقالات فیزیک ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.