شناسایی ماده اسرارآمیز سازنده بخش عمده جهان هستی هنوز ممکن نشده است

شناسایی ماده اسرارآمیز سازنده بخش عمده جهان هستی هنوز ممکن نشده است

چند دهه‌ی گذشته، اوج یک حوزه‌ی خارق‌العاده از علم کیهان‌شناسی بود؛ یک مجموعه‌ی متنوع از اندازه‌گیری‌ها با دقت بسیار بالا که امکان بازسازی تاریخچه‌ی کیهانی با جزئیات بالا را فراهم کرده است.

وقتی به مقایسه‌ی اندازه‌گیری‌های مختلف مثل نسبت انبساط کیهان، الگوهای نوری منتشرشده به شکل اولین اتم‌ها، توزیع‌ فضایی کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی و فراوانی گونه‌های شیمیایی مختلف می‌پردازیم، به این نتیجه می‌رسیم که تمام این مشخصات یک داستان را نقل می‌کنند و همه از مجموعه‌ای از رویدادها پشتیبانی می‌کنند.

این سیر پژوهشی، موفق‌تر از حد انتظار بوده است. امروزه  نسبت به چند دهه‌ی گذشته اطلاعات بیشتری در مورد منشأ و تاریخچه‌ی کیهان در دست داریم.

اما با وجود این موفقیت‌های چشمگیر، هنوز چیزهای زیادی باید یاد گرفت و کشف‌های صورت‌گرفته در دهه‌های اخیر، سؤالات زیادی به وجود آورده‌اند.

یکی از آزاردهنده‌ترین سؤال‌ها این است که کیهان دقیقا از چه چیزی ساخته شده است. مشاهدات کیهانی با دقت بسیار بالایی تراکم میانگین یک ماده در کیهان را نشان می‌دهند؛ اما این تراکم بسیار بیشتر از حد محاسبه‌شده برای اتم‌های معمولی است.

بعد از ده‌ها سال اندازه‌گیری و بحث، حالا مطمئنیم که بخش زیادی از ماده‌ی کیهانی (تقریبا ۸۴ درصد)، از اتم یا هر ماده‌ی شناخته‌شده‌ی دیگری ساخته نشده است. اگرچه می‌توانیم کشش جاذبه‌ای این ماده را حس کنیم و به وضوح بگوییم که این ماده وجود دارد؛ اما در واقع نمی‌دانیم این ماده چیست. این ماده‌ی اسرارآمیز نامرئی یا حداقل نزدیک به نامرئی است. به دلیل نبود نام مناسب به آن «ماده‌ی تاریک» می‌گوییم. اما نام‌گذاری بسیار متفاوت از درک آن است.

ستاره‌شناس‌ها از طریق کشش جاذبه‌ای روی اجرام دیگر به تصویر غیر مستقیم ماده‌ی تاریک پرداختند.

از زمانی که فیزیک‌دان‌ها و ستاره‌شناسان پی به وجود ماده‌ی تاریک برده‌اند، به ابداع روش‌هایی برای پی بردن به مواد تشکیل‌دهنده‌ی آن پرداخته‌اند. آن‌ها آشکار‌کننده‌هایی با حساسیت بسیار بالا ساخته‌اند که در معادن زیرزمینی با عمق بالا نصب می‌شوند تا بتوانند آثار خفیف برخورد ذرات ماده‌ی تاریک با اتم‌ها را اندازه‌گیری کنند.

آن‌ها برای جست‌وجوی تشعشع پرانرژی که از طریق واکنش ذرات ماده‌ی تاریک تولید شده است، به ساخت تلسکوپ‌های غیر معمول پرداختند که نسبت به نور اپتیکال حساس نیستند؛ بلکه تا اندازه‌ای به اشعه‌ی گاما، تشعشعات کیهانی و نوترینوها حساس هستند.

با استفاده از ماشین‌های خارق‌العاده‌ای که به تسریع حرکت اشعه‌های ذرات (معمولا پروتون‌ها یا الکترون‌ها) تا بالاترین سرعت‌های ممکن کمک می‌کنند، تلاش‌هایی برای جست‌وجوی علائم ماده‌ی تاریک صورت گرفته است و سپس در تلاشی دیگر برای تبدیل انرژی این ذرات به ماده، این ذرات در هم شکسته شدند. ایده‌ی اصلی این است که این برخوردها می‌توانند به تولید ماده‌های جدید و مرموز کمک کنند که احتمالا شامل انواع ذرات تشکیل‌دهنده‌ی ماده‌ی کیهانی هستند.

تقریبا یک دهه پیش، اغلب کیهان‌شناس‌ها نسبت به حل پازل ماده‌ی تاریک اطمینان داشتند. سپس یک برنامه‌ی آزمایشی بلند‌پروازانه در نظر گرفته شد که طبق پیش‌بینی، امکان شناسایی ماهیت این ماده و اندازه‌گیری ویژگی‌های آن را فراهم می‌کرد. این برنامه از قدرتمند‌ترین شتاب‌دهنده‌ی ذره به نام LHC و همچنین یک مجموعه از آزمایش‌ها و تلسکوپ‌های قدرتمند دیگر استفاده کرد.

آزمایش‌هایی در CERN با تمرکز بر ماده‌ی تاریک

اما کار طبق انتظار پیش نرفت. اگرچه این آزمایش‌ها و مشاهدات خیلی بهتر از حد انتظار بودند؛ اما اکتشافات لازم حاصل نشدند.

برای مثال در ۱۵ سال گذشته، آزمایش‌هایی برای کشف ذرات مستقل ماده‌ی تاریک طراحی شدند که حساسیت آن‌ها یک میلیون بار بیشتر بود و هنوز هیچ نشانه‌ای از این ذرات به دست نیامده است. اگرچه LHC بر اساس تمام استانداردهای فنی و به‌زیبایی اجرا شد، به استثنای هیگز بوزون، هیچ ذره‌ی جدید یا پدیده‌ی دیگری کشف نشد.

اسرارآمیز بودن ماده‌‌ی تاریک، بسیاری از محققان را شگفت‌زده و گیج کرده است. دلایل نسبتا خوبی برای کشف ذرات ماده‌ی تاریک وجود داشته است و هنوز هم این جست‌وجوها ادامه دارد و این راز عمیق‌تر می‌شود.

امروزه نسبت به یک دهه یا دو دهه پیش سؤال‌های زیادی در این‌ باره به وجود آمده است. و به نظر می‌رسد هرچقدر دقیق‌تر به اندازه‌گیری کیهان بپردازیم، کمتر می‌توانیم آن را درک کنیم .در نیمه‌ی دوم قرن بیستم، فیزیک‌دان‌های ذره‌‌ی تئوری در پیش‌بینی کشف انواع ذرات بسیار موفق بودند؛ زیرا شتاب‌دهنده‌ها قدرت زیادی داشتند. در واقع این پیشرفت یک جهش تأثیرگذار بود.

اما به نظر می‌رسد عمر پیش‌بینی علمی به پایان خود رسیده است؛ ذرات طبق پیش‌بینی و بر اساس نظریه‌ها ظاهر نشدند. شاید کشف این ذرات در آینده‌ای نزدیک رخ دهد و اعتماد ما مجدد بازیابی شود؛ اما در حال حاضر پشتیبانی کمی از این چشم‌انداز می‌شود.

در مقابل، مجموعه‌ای از فیزیک‌دان‌ها با بازگشت به تخته سیاه، به بازنگری و تجدیدنظر در فرضیه‌های خود پرداختند. امروزه با فروتنی به دنبال یافتن یک راه جدید برای درک جهان اطراف خود هستیم.