سنگ‌هایی با چندین میلیارد سال سن ممکن است مخفیگاه ماده تاریک باشند!

تلسکوپ‌های پیشرفته و شتاب‌دهنده‌های عظیم تنها ابزارهای شناسایی ماده تاریک نیستند. پژوهشگران دانشگاه ویرجینیا تِک به‌تازگی اعلام کرده‌اند که سنگ‌های باستانی نیز ممکن است حاوی نشانه‌هایی از ماده تاریک باشند!

این ایده شگفت‌انگیز برای جستجوی ماده تاریک از طریق سنگ‌های میلیارد سال پیش، نخستین‌بار در دهه ۱۹۸۰ مطرح شد و به آن «پالئو-آشکارسازی» می‌گویند. ایده این است که سنگ‌هایی از زمان شکل‌گیری زمین هنوز وجود دارند و ماده تاریک ممکن است در نقطه‌ای از زمان با اتم‌ها و هسته‌های این سنگ‌ها تعامل کرده و ردی از خود برجای گذاشته باشد!

پژوهشگران می‌گویند:

اگر ماده تاریک وجود داشته باشد، ممکن است در طول تاریخ ۴.۶ میلیارد ساله زمین با آن تعامل کرده باشد.

پالئو-آشکارسازی دهه‌ها یک نظریه بوده، اما پژوهشگران اخیراً پیشنهاد کرده‌اند که واقعاً می‌توان آن را به یک روش عملی برای شناسایی ماده تاریک تبدیل کرد.

علم پشت پالئو-آشکارسازی

یک شکل فرضی از ماده تاریک به نام ذرات سنگین با تعامل ضعیف (WIMP) وجود دارد. این ذرات تنها از طریق گرانش و نیروی هسته‌ای ضعیف با ماده معمولی تعامل می‌کنند و این مسئله تشخیص آن‌ها را بسیار دشوار می‌سازد.

با این حال، ویژگی متمایز WIMP نسبت به بسیاری از انواع دیگر ماده تاریک این است که اگر وجود داشته باشند، احتمالاً با هسته‌های اتم تعامل خواهند کرد. نتیجه این تعاملات می‌تواند در شبکه کریستالی ماده مشاهده شود.

به‌عنوان مثال، در برخورد یک WIMP با یک هسته اتمی، انرژی کوچکی انتقال می‌یابد و موجب جابه‌جایی اندکی در هسته می‌شود.

دکتر وسه‌وولود ایوانوف، پژوهشگر پسادکترا در ویرجینیا تِک، توضیح می‌دهد:

هنگامی که یک ذره پرانرژی با یک هسته داخل سنگ برخورد می‌کند، واکنش شدید باعث می‌شود هسته از جای خود خارج شود. هسته پرتاب‌شده و شکافی که برجای می‌گذارد، تغییراتی ساختاری در کریستال ایجاد می‌کند.

با تصویربرداری و مدل‌سازی سه‌بعدی این تغییرات، می‌توان نشانه‌های ماده تاریک را در هسته‌های سنگ‌های باستانی شناسایی کرد.

راه مناسب استفاده از سنگ‌ها برای شناسایی ماده تاریک

اگر پالئو-آشکارسازی چنین امیدبخش است، چرا دانشمندان تاکنون از آن استفاده نکرده‌اند؟ پاسخ این است که تاکنون هیچ روش مشخصی برای شناسایی سنگ‌هایی که برای آشکارسازی ماده تاریک مناسب باشند، وجود نداشته است.

یکی دیگر از چالش‌ها این است که سنگ‌های باستانی پرتوزا نیز می‌توانند سیگنال‌هایی مشابه با سیگنال‌های حاوی نشانه‌های ماده تاریک از خود نشان دهند. این چالش‌ها پالئو-آشکارسازی را به روشی پیچیده تبدیل کرده که ممکن است به نتایجی گمراه‌کننده منجر شود. اما پژوهشگران راه‌حلی پیشنهاد کرده‌اند که می‌تواند از این مشکلات عبور کند.

آن‌ها قصد دارند از تصویربرداری پیشرفته میکروبیولوژیک استفاده کنند، تکنولوژی‌ای که برای مدل‌سازی جزئیات کوچک سیستم عصبی حیوانات استفاده می‌شود. اما این روش تنها برای بررسی سنگ‌های رسوبی به‌نام هالیت‌های دریایی استفاده خواهد شد.

این سنگ‌ها از آب دریا شکل گرفته و به‌طور کلی دارای سطح اورانیوم بسیار پایین هستند. این مقدار کم اورانیوم آن‌ها را به گزینه‌ای مناسب برای بررسی تعاملات احتمالی ماده تاریک بدون تداخل ناشی از پرتوزایی تبدیل می‌کند.

پاتریک هابر، فیزیکدان دانشگاه ویرجینیا تِک، گفت:

تیم ما شروع به تولید تصاویر سه‌بعدی از رد ذرات پرانرژی در فلوراید لیتیوم مصنوعی کرده است. این کریستال مصنوعی برای آشکارسازی ماده تاریک مناسب نیست، اما به ما کمک می‌کند که طیف کامل سیگنال‌ها را شناسایی کنیم و کریستال را سالم نگه داریم.

هابر در حال راه‌اندازی آزمایشگاه جدیدی در دانشگاه ویرجینیا تِک است که در آن او و تیمش آزمایش‌هایی را انجام خواهند داد تا ببینند روش آن‌ها چقدر در شناسایی ماده تاریک موفق خواهد بود. امیدواریم تلاش‌های آن‌ها سرانجام انرژی تاریکی را که در سنگ‌های باستانی پنهان شده، آشکار کند.

منبع: Interestingengineering