جهانهای ناپیدا: ذرات دوستداشتنی
حال نوبت به آن رسیدهاست تا نگاهی به ذرات پیشنهادی ناباریونی فیزیکدانان بیاندازیم تا از چند و چون آنها سردرآوریم. بیش از سه دهه است که فیزیکدانان ذرات گوناگونی را با جرمها و خواص گوناگون به عنوان مادهی تاریک معرفی کردهاند و در محافل علمی دربارهی آنها سخن راندهاند. کافی است در کتابخانهی دانشگاه کرنل جستوجوی کوتاهی کنید تا خودتان متوجه شوید. اما در این میان٬ مجموعهی ذرات ویمپ محبوبیت و شهرت بیشتری دارند که موضوع بحث ما هم هست. چرا ویمپها محبوباند؟ برای این که پاسخ این پرسش را درک کنیم باید به سراغ ویژگیهای ویمپها برویم. همانطور که گفتم تقریباً ۹۰ درصد از مواد عالم را مواد ناباریونی تشکیل دادهاند که فقط از طریق تأثیر گرانشیشان روی مواد باریونی میتوان متوجه حضورشان شد. خب٬ ویپها نیز چنین رفتاری دارند و با انرژی الکترومغناطیسی هیچ واکنشی نمیدهند. دامنهی جرمی این ذرات از ۱۰ گیگا الکترونولت تا ۱۰ تراالکترونولت متغیر است. برای اینکه از میزان سنگینی آنها تصویر درستی در ذهن داشته باشید خوب است بدانید که جرم پروتون حدود یک گیگاالکترونولت است. شاید اکنون دیگر بدانید که چرا از صفت سنگین برای اینگونه ذارت استفاده شده است. ویمپهای با انرژی هستهای قوی که یک از نیروهای چهارگانهی اصلی فیزیک است٬ نیز واکنش نشان نمیدهند به عبارت دیگر آنها با هستهی اتمها غریبهاند. نظریههای مختلفی دربارهی ذرات ویمپ مطرح شدهاند اما من در اینجا به دو نظریهی خاص اشاره میکنم: نظریهی ابرمتقارن: شاید بتوان این نظریه را یکی از مشهورترین بسطهای مدل استاندارد تلقی کرد. این نظریه پیشبینی میکند که هر ذرهای در مدل استاندارد٬ جفتذرهی سنگینتر با اسپینی متفاوت اما با برهمکنشی مشابه دارد. سبکترین ذرهی پیشنهادی این نظریه٬ در بسیاری از جنبهها پایدار است و معمولاً هم یک نوترالینو است و نامزد بسیار مناسبی برای مادهی تاریک بهحساب میآید. نظریهی ابعاد اضافی: باید بگویم آنچه گفتم مشت کوچکی از خروار نامزدهای مادهی تاریک بود که هنوز هیچیک کشف نشدهاند. اما بحث نامزدهای مادهی تاریک هنوز به پایان نرسیده است و مشهورترین تقسیمبندی نامزدهای ناباریونی مادهی تاریک که برا اساس دمای آنها در عالم اولیه است باقی مانده است. سری مقالات جهانهای ناپیدا را جمعهها در وب سایت کانوت دنبال کنید.
برای این که با این مجموعهی ذرات بیشتر آشنا شویم باید به گذشتههای خیلی دور برگردیم به حدود ۱۳/۸ میلیارد سال پیش. آن زمان که فقط کسری از ثانیه از انفجار بزرگ گذشته بود و عالم بسیار داغ بود. در این شرایط ذرات (و پاد ذرات) بسیاری متولد شدند و نابود شدند. مانند آنچه که در شتابدهندهی ذرات در زمین رخ میدهد. هنگامی که عالم منبسط و سرد شد٬ این ذرات دیگر پدید نیامدند و سرانجام آنهایی هم که سرگردان بودند خنثی شدند یا واپاشیدند و عالم را از آن شرایط هرجومرج و مغشوش پاک کردند. اما ذراتی با برهمکنش ضعیف شبیه به نوترینوها قادر نبودند که به طور کامل خنثی شوند. به این ترتیب در عالم باقی ماندند. با وجود همهی خنثی شدنها و واپاشیهای گوناگون اما چگالی آن ذرات هنوز هم آنقدر بود که بتوانند نامزدی مناسب برای مادهی تاریک باشند. برای برقراری این تناسب٬ میزان برهمکنش این ذرات باید در مقیاس برهمکنشهای الکتریکی ضعیف قرار داشته باشند. این ذرات به ویمپ معروفاند.
ویمپ که لاتین آن WIMP است از کنارهم قرار گرفتن سرواژههای عبارت Weakly Interacting Massive Particle شکل گرفته است. این عبارت را میتوان «ذرهی سنگین با برهمکنش ضعیف» ترجمه کرد. البته ویمپ نام یک ذرهی خاصی نیست بلکهی شامل مجموعهی ذرات گوناگونی است که ویژگیهای مشترکی دارند. برای مثال ذرات «ابرمتقارن» نظیر نوترالینوها٬ فوتینوها٬ هیگزینوها و اسنوترینوها و برخی نوترینوهای سنگین در مجموعهی ویمپها جای میگیرند.
بسیاری از نظریههای بیان میکنند که عالم ممکن است بعدهای دیگری به جز این سه بعدی که برایمان آشناست داشته باشند. این بعد چهارم ممکن است حلقهای بسیار کوچک باشد. مثلاً فرض کنید که در همین فضای سهبعدی که برایمان ملموس است٬ هر نقطه درواقع یک حلقهی کوچکی باشد که ذرات میتوانند در پیرامون آن حرکت کنند. به نظر میآید که ذراتی که پیرامون این حلقهها حرکت میکنند بسیار پرجرمتر از ذرات مدل استاندارد هستند و معمولاً سبکترین آنها (سبکترین ذرهی کالوزا-کلاینLKP) ذرهای پایدار است.
این وبلاگ جهت بالا بردن سطح دانش شما عزیزان در زمینه ی فیزیک,علوم ماورا الطبیعه,پایان دنیا,نجوم و بقیه ی چیز هایی را که نمی دانید ارایه شده است.در ضمن نظر یادتون نره.