به گزارش خبرگزاری ایمنا، فیزیکدانان دانشگاه دارتموث، گوانگمینگ لیانگ و رابرت کالدول، در مقالهای جدید در آگوست ۲۰۲۴، مدل ساده و آزمونپذیری از منشأ ماده تاریک ارائه دادهاند؛ ذرات بی جرم (Dirac fermions) در شتاب اولیه جهان، با یکدیگر جفتشده و طی یک گذار فازی منجر به شکلگیری ماده تاریک سرد میشوند؛ مدلی که بهطورمستقیم میتواند در دادههای تابش پسزمینه کیهانی (CMB) قابل سنجش باشد.
ماهیت مدل و تشابه با ابررسانایی
- آغاز مدل: فرمیونهای دیراک سبک، در دما و انرژی بالا مشابه فوتونها رفتار میکردند و نقشی شبیه به ماده رادیاتیو داشتند.
- سازوکار گذار: در دوره ابتدایی جهانی، این ذرات با یکدیگر جفت شده و همچون «جفتهای کوپر» در ابررساناها دچار «شکست تقارن چیرال» شدند.
- نتیجه: یک گذار فازی درجهدو اتفاق افتاد که انرژی زیادی از این سیستم گرفته شد و ذرات به حالت سرد و کند درآمدند؛ چیزی مشابه به فرآیند freeze‑out که فراوانی باقیمانده ماده تاریک را تعیین میکند.
ویژگیهای منحصر بهفرد و پیشبینیهای مشهود
- دی که ورودی بی فشار: سیستم پس از گذار، دمای نزدیک صفر و فشار صفر داشت (ویژگیای شبیه ماده تاریک سرد استاندارد).
- افزایش سرعت ریزش ماده: این مجموعه مادّهی سرد پس از تشکیل، نرخ کاهش کمی سریعتر از سناریوی سرد استاندارد دارد که منحصر بفرد است.
- قابلیت آزمون با CMB ساختار بزرگمقیاس: عبور از این گذار فازی اثر قابل برگشتی روی آنتروپی و نوسانات تابش پسزمینه خواهد گذاشت که دادههای Planck و اندازهگیریهای ساختار کیهانی قادر به آشکارسازی آن هستند.
چرخهی حرارتی کیهانی و تاریخچه مادّه تاریک
- فاصله از همگام شدن (decoupling): ذرات در دماهای بالا بدون تعامل بیشتر با میدان استاندارد بودند و شبیه فوتون ادامه دادند. سپس در تاریخ معینی با ثبات یا مدت محدودی دچار freeze‑out شدند.
- گذارِ چیرالنشده به چیرالشکسته: در فاز دوم، این جفت ذرات به شکل مایع سرد درآمدند، روند طرّاحی که منجر به ماده تاریک شد.
چرا این نظریه مهم است؟
| ویژگی | توضیح |
|---|---|
| سادگی و وضوح | بدون نیاز به فرضیات پیچیده یا افزودن ذرات بسیار سنگین و ناشناخته |
| آزمایشپذیری | دادههای CMB و ساختار کهکشانی میتوانند اثبات یا رد این مدل باشند |
| منعطف با فضا-زمان | امکان اشاره به منبع احتمالی مولفهای از انرژی تاریک نیز در برخی نسخهها |
راههای آزمون مدل
- بررسی دقیق برای «امضای فاز تغییر» در طیف و تابش نوسانات CMB (Planck، Simons Observatory، CMB‑S4 و نسلهای بعدی).
- تطبیق پیشبینیهای مدل افزایش سرعت رشد ساختار کیهانی با مشاهدات مراکز خوشه کهکشانی یا پیمایشهای SDSS/Euclid.
جمعبندی نهایی
- این مدل پیشنهاد میکند که ماده تاریک از ذرات بی جرمی تشکیل شده که تازه به صورت مایع سرد با سرعت کم درآمدند.
- اگر اثر مورد انتظار در تابش پسزمینه یافت شود، نظریه به «ناجی معمای ماده تاریک» تبدیل خواهد شد.
- در غیر این صورت، رد یا محدودسازی این فرضیه به درک بهتر فرآیند freeze‑out و مسیر منشأ ماده تاریک کمک شایانی میکند.
نظر شما