قوانین جهان زیر سوال رفت!

زهرا وجدانی: در سال‌های اخیر فیزیک ذرات و کیهان‌شناسی با چالش‌های جدیدی رو‌به‌رو شده‌اند که می‌توانند بنیان‌های نظریه‌های کلاسیک را به‌طور اساسی متحول کنند. نظریاتی مانند ماده تاریک و انرژی تاریک که نقش کلیدی در توضیح ساختار و تکامل جهان ایفا می‌کنند، تاکنون بیشتر در حوزه فرضیات باقی مانده‌اند. با این حال، کشف الگو‌های انرژی غیرمعمول در جدیدترین آزمایش‌های برخورددهنده بزرگ هاردون، امید‌ها را برای یافتن شواهد تجربی از پدیده‌های فراتر از مدل استاندارد فیزیک ذرات زنده کرده است. این یافته‌ها می‌تواند درک ما از کیهان را دگرگون ساخته و راه را برای کشف دنیایی پنهان از ذرات و نیرو‌ها باز کند.

در این گزارش، به چیستی ماده تاریک، نظریه دره پنهان، یافته‌های اخیر دانشمندان در CERN و پیامد‌های این کشف بر آینده فیزیک و درک ما از جهان خواهیم پرداخت.

ماده تاریک؛ راز ناپیدای کیهانی

نظریه ماده تاریک نخستین بار در سال ۱۹۳۳ توسط اخترفیزیکدان نام‌آشنای، فریتس زیوکی، مطرح شد. او در حین مطالعه خوشه کهکشانی کومه متوجه شد که حرکات کهکشان‌ها نمی‌تواند تنها بر اساس ماده مرئی توضیح داده شود و باید نیرویی نامرئی به عنوان “چسب کیهانی” کهکشان‌ها را در کنار هم نگه دارد، وجود داشته باشد.

این ایده در حالی مطرح شد که چند سال پیش از آن، ادوین هابل اثبات کرده بود که جهان در حال انبساط است. اگر نیرویی نامرئی کهکشان‌ها را کنار هم نگه می‌دارد، پس چه عاملی موجب انبساط سریع جهان می‌شود؟

در سال ۱۹۹۸ پس از بررسی ابرنواختر‌های دوردست، تیمی به سرپرستی مایکل ساتر، نیرویی مرموز دیگر به نام “انرژی تاریک” را برای توضیح سرعت گرفتن انبساط کیهان پیشنهاد دادند. تا امروز هیچ‌کدام از این نظریه‌ها به طور قطعی اثبات نشده‌اند، اما بهترین فرضیات موجود برای فهم ساختار جهان به شمار می‌آیند.

کشف الگو‌های انرژی غیرمعمول در سرن؛ نشانه‌ای از فیزیک نوین؟

اکنون دانشمندان در مرکز تحقیقات سرن، با استفاده از آشکارساز CMS در برخورددهنده بزرگ هاردون، روش تازه‌ای را برای جستجوی “فیزیک نوین” آغاز کرده‌اند؛ پدیده‌هایی فراتر از مدل استاندارد فیزیک ذرات.

تمرکز آنها بر شناسایی چیزی به نام “الگو‌های نرم انرژی غیر خوشه‌ای” است؛ سیگنال‌های انرژی ضعیفی که به شکل خوشه‌های ذرات معمول دیده نمی‌شوند. برخی نظریات جدید پیش‌بینی می‌کنند که این الگو‌ها ممکن است ناشی از ذرات ناشناخته باشند.

دنیل وایتسون، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، توضیح داده است که این الگو‌های انرژی نرم به یک ذره جدید اشاره نمی‌کنند، بلکه با پیش‌بینی‌های مجموعه‌ای از نظریات منطبق هستند؛ نظریاتی که در آنها ذرات ناشناخته با هم تعامل دارند، اما با ذرات شناخته شده معمول در ماده روزمره تعامل ندارند.

دره پنهان؛ دنیای اسرارآمیز ذرات ناشناخته

یکی از فرضیات مهم برای توضیح این پدیده‌ها، وجود چیزی به نام “دره پنهان” (Hidden Valley) است؛ دنیایی فرضی از ذرات که همزمان با جهان قابل مشاهده ما وجود دارند، اما تعامل آنها با دنیای ما بسیار اندک است. این بخش تاریک جهان می‌تواند کلیدی برای فهم موضوعاتی مانند ماده تاریک باشد که بخش عمده‌ای از کیهان را تشکیل می‌دهد، اما قابل مشاهده نیست.

مدل استاندارد فیزیک ذرات، که شرح‌دهنده رفتار و تعامل ذرات شناخته شده‌ای مانند الکترون‌ها، کوارک‌ها و نوترینو‌ها است، بر سه نیروی اصلی یعنی الکترومغناطیس، نیروی ضعیف و نیروی قوی تمرکز دارد. این مدل طی دهه‌ها آزمایش‌های متعددی را با موفقیت پشت سر گذاشته، اما نمی‌تواند پدیده‌هایی مانند ماده تاریک، انرژی تاریک و گرانش (نیروی بنیادی چهارم) را توضیح دهد.

گرانش با نظریه نسبیت عام اینشتین توصیف می‌شود که بر چگونگی تاثیر جرم بر فضا-زمان تاکید دارد، اما به دلیل تفاوت عملکرد، هنوز به طور موفقی وارد مدل استاندارد نشده است.

نظریات فراتر از مدل استاندارد؛ از ابرتقارن تا ابعاد بیشتر

کمبود‌های مدل استاندارد دانشمندان را به سمت نظریات جدیدی مانند ابرتقارن (supersymmetry) سوق داده است؛ نظریه‌ای که پیشنهاد می‌کند هر ذره شناخته شده دارای یک شریک پنهان است. همچنین نظریه ابعاد بیشتر و نظریه ریسمان (string theory) از دیگر تلاش‌ها برای پر کردن خلأ‌های موجود هستند. اغلب این نظریات وجود یک دره پنهان از ذرات ناشناخته را پیش‌بینی می‌کنند که عمدتا با هم تعامل دارند و نه با ماده قابل مشاهده.

گامی نو در کشف اسرار جهان

کشف الگو‌های انرژی نرم و غیرخوشه‌ای در برخورددهنده بزرگ هاردون می‌تواند نقطه عطفی در فیزیک معاصر باشد و در‌های جدیدی را به روی فهم ما از جهان و ماده تاریک باز کند. این یافته‌ها ممکن است نشان‌دهنده وجود دنیایی تازه از ذرات و نیرو‌ها باشند که مدل استاندارد فعلی قادر به توضیح آنها نیست. با ادامه تحقیقات و جمع‌آوری داده‌های بیشتر، شاید به زودی به شواهد قطعی‌تری درباره ساختار واقعی جهان دست یابیم و راز‌های دیرینه کیهان را روشن کنیم.

انتهای پیام/