ضربة أخرى للمادة المظلمة كأكبر عملية بحث حتى الآن لم تجد شيئًا

لقد جاءت أحدث عمليات البحث عن المادة المظلمة خالية الوفاض حتى الآن، ولكن الجانب الإيجابي هو أن الفيزيائيين يمكنهم الآن وضع القيود الأكثر صرامة على طبيعة هذه المادة الغامضة. تعني القياسات الجديدة من تجربة LUX-ZEPLIN (LZ) في داكوتا الجنوبية أننا إما أقرب من أي وقت مضى للعثور على جسيمات المادة المظلمة أو استبعاد التفسير الأكثر شعبية لها.

المادة المظلمة لا تتفاعل كثيرًا مع المادة العادية أو مع الضوء، لذلك لا يمكننا رؤيتها. نحن نعلم أنه موجود فقط بسبب تأثيرات الجاذبية، لكن تلك التأثيرات تشير إلى أنه يشكل أكثر من 80% من المادة بأكملها. كان التفسير الرئيسي للمادة المظلمة منذ فترة طويلة هو أنها تتكون من جسيمات ضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs)، لكن عمليات البحث عن هذه الكيانات الأساسية لم يتم العثور على شيء حتى الآن.

يعد LUX-ZEPLIN، كاشف المادة المظلمة المصنوع من 7 أطنان من الزينون السائل المدفون على عمق 1.5 كيلومتر تحت الأرض، هو الأكثر حساسية حتى الآن – ولكن بعد 280 يومًا من البحث، لم يعثر على أي WIMPs. يقول تشامكور غاغ، المتحدث الرسمي باسم LZ من كلية لندن الجامعية: “نحن الأفضل في العالم في عدم العثور على المادة المظلمة”.

في حين أن هذه النتيجة قد تبدو مخيبة للآمال، إلا أنها سمحت للفيزيائيين بوضع قيود صارمة على طبيعة المادة المظلمة، مما يقلل من نطاق الخصائص التي يمكن أن تمتلكها. إن القيود أقوى بخمس مرات تقريبًا من الأفضل السابق، مما يؤدي إلى تضييق كبير من إمكانيات WIMPs. تم تقديم هذا العمل في مؤتمرين للفيزياء – فيزياء الجسيمات الفلكية TeV في الولايات المتحدة، وLIDINE في البرازيل – في 26 أغسطس.

يقول غاغ: “يبدو الأمر كما لو أنه قيل لنا أن هناك سمكة سحرية تعيش في المحيط وليس لدينا أي فكرة عن مكانها”. “ندخل المحيط، نسبح، نخرج، نمارس الغطس، نسبح، ولكننا لم نجده بعد، نركب غواصة.” ويقول إنه إذا كانت السمكة السحرية عبارة عن كائن WIMP، فقد اكتشف الباحثون الآن حوالي 75% من المحيط دون العثور عليها.

يقول دان هوبر، من مختبر فيرمي الوطني للتسريع في إلينوي، والذي لم يشارك في هذا العمل: “هذه هي الخطوة الكبيرة التالية للأمام، وهي واحدة من سلسلة طويلة من هذه الخطوات”. “في أي خطوة من هذه الخطوات إلى الأمام، قد يكون من العدل أن نقول إننا لا نتوقع رؤية أي شيء. ولكن إذا اتخذت ما يكفي من هذه الخطوات، فلا يبدو من المستبعد أن نرى شيئًا ما.

في هذه المرحلة، تم استبعاد العديد من الأفكار الشائعة في البداية حول الأنواع المحتملة من الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs). لا يزال هناك بعض العناصر المتبقية، ولكن LZ لم ينته بعد – ومن المتوقع أن يتم إجراء 1000 يوم من الملاحظات إجمالاً قبل أن ينتهي في عام 2028. يقول غاغ: “انظر إلى WIMPs، لقد انتهى الأمر بالنسبة إلى WIMPs نوعًا ما”. مشروع XLZD لا يزال في مرحلة التخطيط.

إذا لم تشكل الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs) المادة المظلمة، فسيكون ذلك بمثابة نقلة نوعية هائلة، لكن الفيزيائيين لن يتخلوا تمامًا عن العثور على المادة المظلمة. “إذا كنت تحاول حل تحقيق في جريمة قتل، وكان لديك 20 مشتبهًا بهم، واكتشفت أن 10 منهم يتمتعون بخبرة جيدة” [alibis]لا تقل: “حسنًا، أعتقد أنه لم تكن هناك جريمة قتل”. يقول هوبر: “لديك فكرة أفضل عن هوية المشتبه به المناسب”. “لقد قمنا بشطب بعض المشتبه بهم من القائمة، وأصبح البحث أضيق وأكثر تركيزًا – وهذا هو ما يبدو عليه التقدم في هذا المجال”.