هل اقترب العلماء من فك طلاسم المادة المظلمة؟

في ثلاثينيات القرن الماضي، نشأ مفهوم المادة المظلمة بناءً على محاولات العلماء لفهم بعض الظواهر التي لا يمكن أن تفسرها النظريات الحالية في علم الكونيات، مثل دوران النجوم في أطراف المجرات أو حركة المجرات في العناقيد المجرية.

ومع مرور الزمن، توسعت افتراضات العلماء لتجعل للمادة المظلمة أنواعًا متعددة، منها المادة المظلمة الباردة والدافئة والساخنة.

وتعتبر المادة المظلمة أحد أكثر التحديات إلحاحًا في الفيزياء الحديثة؛ إذ إن جسيمات المادة المظلمة بعيدة المنال ويصعب اكتشافها، وقد دفع هذا العلماء إلى التوصل إلى طرق جديدة ومبتكرة للبحث عن هذه الجسيمات، ويساعد التعرف على خصائص هذه الجسيمات -بما في ذلك سلوكها الموجي وطبيعتها المتماسكة على نطاق المجرة- في تصميم تجارب أكثر كفاءةً للتعرف على المادة المظلمة.

وفي هذا السياق اقترح فريق من العلماء طريقة تجريبية جديدة لاختبار مرشحات المادة الظلام الخفيفة، التي افتُرض وجودها بناءً على خلل يخالف النظريات الحالية في رصد العديد من الظواهر الكونية، مثل فائض البوزيترونات المرصود قادمًا من مركز مجرتنا درب التبانة.

ويوضح العلماء أن هذه الجسيمات أثقل من المادة المظلمة الدافئة والساخنة، ولكنها أخف من الأشكال التقليدية للمادة المظلمة الباردة، موضحين أن "مؤشر انكسار المواد الكهروبصرية يتعدل بوجود خلفية متذبذبة بشكل متناسق من المادة الظلام الخفيفة".

ووفق الدراسة التي نشرتها دورية "فيزيكال ريفيو ليترز" (Physical Review Letters)، اقترح فريق بحثي بقيادة علماء من جامعة ميريلاند طريقةً جديدةً للكشف عن الأكسيونات (axions)، وهي من الجسيمات المرشحة لتمثيل المادة المظلمة الخفيفة بكتل ضعيفة جدًّا.

وتشير الدراسة الجديدة إلى أن "الأكسيونات تتفاعل تفاعلًا ضعيفًا جدًّا يصعب رصده مع المادة العادية، لكن رغم ذلك فإنه في المناطق ذات الكثافة الكبيرة من المادة المظلمة يمكن لتلك الجسيمات في أثناء حركتها أن تتسبب في نشأة مجالات كهربائية متذبذبة ضعيفة للغاية".

ويمكن التقاط هذه المجالات الكهربائية المتذبذبة عن طريق المواد الكهرو-بصرية، وهي مواد تُظهر تغيرًا في خصائصها البصرية -مثل معامل الانكسار- استجابةً لشدة المجال الكهربائي أو ضعفه.

ويقترح الباحثون استخدام "مقياس مايكلسون للتداخل" المصمم لقياس تغيرات صغيرة للغاية في معامل الانكسار بدقة عالية جدًّا.

وتُستخدم مقاييس التداخل هذه في مجموعة متنوعة من التطبيقات العلمية والصناعية، بما في ذلك اكتشاف موجات الجاذبية عبر مراصد مثل "مرصد ليغو"، التي حصلت على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2017، لتمكُّنها من رصد موجات الجاذبية.

اشترك للحصول على النشرة الإلكترونية المحدّثة كل أسبوعين لكي تبقى على اطلاع بكافة المستجدات على الموقع.