לראשונה בעולם, פיזיקאים מצמצמים את המסה האפשרית של החומר האפל

Sombrero Galaxy, אובייקט מושלם לחישוב מהירות סיבוב הגלקסיה. (נאס'א/צוות מורשת האבל/STScI/AURA)

אולי אנחנו לא יודעים מה חומר אפל הוא, אבל למדענים יש עכשיו מושג טוב יותר מה לחפש.

בהתבסס על כוח הכבידה הקוונטי, פיסיקאים פיתחו גבולות מסה עליונים ותחתונים חדשים ומחמירים הרבה יותר של חלקיקי חומר אפל. והם גילו שטווח המסה צר הרבה יותר ממה שחשבו בעבר.

המשמעות היא שסביר להניח שמועמדי החומר האפל שהם קלים או כבדים ביותר יהיו התשובה, בהתבסס על ההבנה הנוכחית שלנו את היקום.



'זו הפעם הראשונה שמישהו חשב להשתמש במה שאנו יודעים על כוח הכבידה הקוונטי כדרך לחשב את טווח המסה של החומר האפל. הופתענו כשהבנו שאף אחד לא עשה את זה קודם - כמו גם המדענים האחרים שבדקו את המאמר שלנו,' אמר הפיזיקאי והאסטרונום חאבייר קלמט מאוניברסיטת סאסקס בבריטניה.

'מה שעשינו מראה שחומר אפל אינו יכול להיות 'אולטרה-קל' או 'סופר-כבד' כפי שכמה תיאוריה - אלא אם יש כוח נוסף שעדיין לא ידוע הפועל עליו. מחקר זה מסייע לפיזיקאים בשתי דרכים: הוא ממקד את אזור החיפוש אחר חומר אפל, והוא עשוי גם לעזור לחשוף אם יש או אין כוח נוסף מסתורי בלתי ידוע ביקום.'

חומר אפל הוא ללא ספק אחת התעלומות הגדולות ביותר של היקום כפי שאנו מכירים אותו. זה השם שאנו נותנים למסה מסתורית האחראית להשפעות כבידה שלא ניתן להסביר על ידי החומר שאנו יכולים לזהות באמצעים אחרים - החומר הרגיל כמו כוכבים, אבק וגלקסיות.

לדוגמה, גלקסיות מסתובבות הרבה יותר מהר ממה שהן צריכות אם הן רק היו מושפעות כבידה מהחומר הרגיל שבהן; עדשת כבידה - כיפוף הזמן של המרחב סביב עצמים מסיביים - חזקה בהרבה ממה שהיא צריכה להיות. כל מה שיוצר את כוח המשיכה הנוסף הזה הוא מעבר ליכולתנו לזהות ישירות.

אנחנו מכירים את זה רק לפי ההשפעה הכבידה שיש לו על עצמים אחרים. בהתבסס על האפקט הזה, אנחנו יודעים שיש הרבה מזה בחוץ. בְּעֵרֶך 80 אחוז מכל החומר ביקום הוא חומר אפל. זה נקרא חומר אפל כי, ובכן, זה אפל. וגם מסתורי.

עם זאת, אנו יודעים שחומר אפל מקיים אינטראקציה עם כוח הכבידה, ולכן קלמט ועמיתו, הפיזיקאי והאסטרונום פולקרט קייפרס מאוניברסיטת סאסקס, פנו לאיכויות של כוח הכבידה הקוונטי כדי לנסות ולהעריך את טווח המסה של חלקיק חומר אפל היפותטי ( מה שזה לא יהיה).

הכבידה הקוונטית, הם מסבירים, מציבה מספר גבולות לשאלה האם יכולים להתקיים חלקיקי חומר אפל במסות שונות. אמנם אין לנו תיאוריית עבודה הגונה שמאחדת תורת היחסות הכללית התיאור מכופף החלל של כוח הכבידה עם הגמישות הבדידה של פיזיקת הקוונטים, אנו יודעים שכל חיבור של השניים ישקף יסודות מסוימים של שניהם. ככזה, חלקיקי חומר אפל יצטרכו לציית לכללי הכבידה הקוונטיים לגבי האופן שבו חלקיקים מתפרקים או מקיימים אינטראקציה.

על ידי התחשבנות קפדנית של כל הגבולות הללו, הם יכלו לשלול טווחי מסה שסביר להניח שלא יהיו קיימים תחת ההבנה הנוכחית שלנו בפיזיקה.

בהתבסס על ההנחה שרק כוח הכבידה יכול לקיים אינטראקציה עם חומר אפל, הם קבעו שמסת החלקיק צריכה ליפול בין 10-3אלקטרונים וולט ו-107אלקטרונים וולט, תלוי בספינים של החלקיקים, ובאופי האינטראקציות של החומר האפל.

זה קטן בטירוף מה-10-24אלקטרוני וולט עד 1019טווח gigaelectronvolt מיוחס באופן מסורתי, אמרו החוקרים. וזה חשוב, כי זה מוציא במידה רבה חלק מהמועמדים, כמו WIMPs (חלקיקים מסיביים בעלי אינטראקציה חלשה).

אם מועמדים כאלה יתבררו מאוחר יותר כאשמים מאחורי תעלומת החומר האפל, לפי קלמט וקייפרס, זה אומר שהם מושפעים מאיזה כוח שאנחנו עדיין לא יודעים עליו.

זה יהיה ממש מגניב, כי זה יצביע על פיזיקה חדשה - כלי חדש לניתוח והבנת היקום שלנו.

מעל לכל, האילוצים של הצוות מספקים מסגרת חדשה לשקול בחיפוש אחר חומר אפל, ועוזרות לצמצם היכן וכיצד להסתכל.

'כסטודנט לדוקטורט, זה נהדר להיות מסוגל לעבוד על מחקר מרגש ומשפיע כמו זה,' אמר קייפרס . 'הממצאים שלנו הם חדשות טובות מאוד לנסיינים שכן הם יעזרו להם להתקרב לגילוי הטבע האמיתי של החומר האפל.'

המחקר פורסם ב פיזיקה אותיות ב .

אודותינו

פרסום עובדות עצמאיות ומוכחות של דיווחים על בריאות, מרחב, טבע, טכנולוגיה וסביבה.