جذب شكلٌ غامضٌ من الضوء داخل كون من الجسيمات الافتراضية الاهتمام لاكتشاف هوية المادة المظلمة. فوفقًا لتحليل شامل جديد أُجري استنادًا إلى الديناميكيات اللونية الكمومية، فإن الفوتونات المظلمة تتناسب بصورة أفضل مع النتائج المُلاحظة في تجارب مصادم الجسيمات من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات بفارق كبير جدًا.
أجرى فريق من الباحثين بقيادة الفيزيائي نيكولاس هانت سميث من مركز التميز في فيزياء جسيمات المادة المظلمة ARC، وجامعة أديلايد في أستراليا عملية لحساب مستوى الثقة بلغ 6.5 سيجما، ما يشير إلى أن احتمالات عدم تفسير الفوتونات المظلمة للملاحظات كانت ضمن الحدود المتوقعة التي تبلغ واحدًا من مليار.
صرح أنتوني توماس، الفيزيائي في جامعة أديلايد، ما يأتي: «لقد ثبت وجود المادة المظلمة بواسطة تفاعلاتها مع الجاذبية، ومع ذلك، ما تزال طبيعتها الدقيقة تفلت منا على الرغم من جهود الفيزيائيين الحثيثة في جميع أنحاء العالم، فقد يكمن مفتاح فهم هذا اللغز في الفوتونات المظلمة، وهي جسيمات نظرية ضخمة قد تكون بوابةً بين قطاع الجسيمات المظلمة والمادة العادية».
تعد المادة المظلمة من أكثر الألغاز غموضًا في كوننا، لا نعلم ماهيتها لكننا نعلم بوجود شيء ذي تأثير جاذبي في المادة العادية.
تدور المجرات أسرع مما يجب إذا كانت مليئة بالمادة العادية فقط، في حين ينحني مسار الضوء حول الأجسام الضخمة على نحو واضح أكثر مما ينبغي استنادًا إلى الجاذبية التي تولدها المادة العادية.
يوجد عدد من المرشحين لتمثيل المادة المظلمة ولكننا لم نتمكن بعد من تحديدهم. إن النموذج القياسي للفيزياء في هذا الصدد ليس بالمفيد حقًا، إنه ممتاز لفهم الجسيمات في المادة العادية، لكنه حتى الآن غير قادر على تقديم تفسير للمادة المظلمة.
أحد الاحتمالات هو أن الفوتونات المظلمة الافتراضية قد يكون لها صلة بطريقة ما. تمامًا كما تعد الفوتونات العادية وسيطًا للتفاعلات الكهرومغناطيسية، قد تكون الفوتونات المظلمة مرتبطة بالمادة المظلمة.
أجرى هانت سميث وزملاؤه في جامعة أديلايد ومختبر جيفرسون في الولايات المتحدة تحقيقًا في منتجات تصادم الجسيمات للبحث عن دليل على وجود هذه الجسيمات الغامضة.
بحسب توماس: «إننا نبحث في دراستنا الأخيرة عن التأثيرات المحتملة التي قد يحدثها الفوتون المظلم في مجموعة النتائج التجريبية الكاملة لعملية التصادم المطلق للجسيمات».
تشير عملية التصادم غير المرن المبعثر للجسيمات إلى الطريقة المحددة التي قد تتشتت بها الجسيمات بعد تصادم عالي الطاقة؛ إذ اكتشف الباحثون باستخدام بيانات من مصادمات الجسيمات احتمالية أن تؤدي الفوتونات المظلمة دورًا طفيفًا في الطريقة التي تتباعد بها الجسيمات بعد التصادم.
إضافة إلى ذلك، أدرجوا أيضًا (الشذوذ المغناطيسي الميون) الذي يشكل تحديًا خاصًا للنموذج القياسي؛ إذ إن قياسات الطريقة التي يهتز بها الميون في مجال مغناطيسي قوي تختلف عن توقعات النموذج القياسي بمقدار 3 إلى 4 انحرافات معيارية، ما يشير إلى وجود قوى لم تُدرَس بعد.
ثم وجدوا أن إدخال احتمال وجود الفوتونات المظلمة لا يزيد فقط تفضيله كمرشح، بل يقلل بصورة كبيرة من الشذوذ المغناطيسي للميون.
أضاف توماس: «لقد استفدنا من إطار التحليل العالمي لوظيفة توزيع البارتون بحسب الزخم الزاوي في مختبر جيفرسون الأحدث، إضافة إلى تعديل النظرية الأساسية للسماح بإمكانية وجود الفوتون المظلم، وأظهرت أبحاثنا أن فرضية الفوتون المظلم مفضلة على فرضية النموذج القياسي بمقدار 6.5 سيجما، ما يشكل دليلاً على اكتشاف الجسيمات».
ما يزال هناك كثير من العمل قبل أن يستطيع الباحثون التأكيد على وجود الفوتونات المظلمة؛ إذ إنهم يأملون بأن النتائج التي توصلوا إليها ستقنع باحثين آخرين يدرسون الانحرافات للتحقق من توقعاتهم بشأن أشعة الضوء خارج النموذج القياسي.
نُشر هذا البحث في مجلة Journal of High Energy Physics.
اقرأ أيضًا:
النجاح في جعل الفوتون يعبر في الزمن إلى الوراء وإلى الأمام بشكل متزامن
تحقيق رقم قياسي جديد في الحفاظ على التشابك الكمي بين فوتونات
ترجمة: محمد فواز السيد
تدقيق: ريمي سليمان
