منوعات

تُظهر النتائج الأولى من تجربة BREAD نهجًا جديدًا للبحث عن المادة المظلمة

واحدة من أعظم أسرار العلم الحديث هي المادة المظلمة. نحن نعلم أن المادة المظلمة موجودة بسبب تأثيراتها على الأجسام الأخرى في الكون، لكننا لم نتمكن أبدًا من رؤيتها بشكل مباشر. وهذا ليس بالأمر الهين: حاليًا، يعتقد العلماء أنها تشكل حوالي 85% من إجمالي الكتلة في الكون.

أصدرت تجربة جديدة بالتعاون بقيادة جامعة شيكاغو ومختبر فيرمي الوطني للتسريع، والمعروفة باسم تجربة العاكس عريض النطاق للكشف عن الأكسيون أو BREAD، نتائجها الأولى في البحث عن المادة المظلمة في دراسة منشورة في رسائل الفحص البدني. وعلى الرغم من أنهم لم يعثروا على المادة المظلمة، إلا أنهم قللوا القيود المفروضة على المكان الذي يمكن العثور عليها وأظهروا نهجًا فريدًا يمكن أن يسرع عملية البحث عن المادة الغامضة، بجزء صغير من المساحة وبتكلفة صغيرة نسبيًا.

قال UChicago Assoc: “نحن متحمسون للغاية بشأن ما تمكنا من القيام به حتى الآن”. البروفيسور ديفيد ميلر، القائد المشارك للتجربة إلى جانب أندرو سونينشاين من مختبر فيرمي، الذي طور في البداية مفهوم التجربة. “يتمتع هذا التصميم بالعديد من المزايا العملية، وقد أظهرنا بالفعل أفضل حساسية حتى الآن في هذا التردد من 11 إلى 12 جيجاهيرتز.”

قال ستيفان كنيرك، باحث ما بعد الدكتوراه في فيرميلاب والمؤلف الرئيسي للدراسة، الذي قاد بناء الكاشف وتشغيله: “تمثل هذه النتيجة معلمًا مهمًا لمفهومنا، وتظهر لأول مرة قوة نهجنا”. “إنه لأمر رائع أن نقوم بهذا النوع من العلوم الإبداعية على نطاق الطاولة، حيث يمكن لفريق صغير أن يفعل كل شيء بدءًا من بناء التجربة وحتى تحليل البيانات، مع الاستمرار في إحداث تأثير كبير على فيزياء الجسيمات الحديثة.”

‘هناك شيء’

عندما ننظر حولنا في الكون، يمكننا أن نرى أن هناك نوعًا ما من المادة تمارس جاذبية كافية لجذب النجوم والمجرات ونقل الضوء، ولكن لم يتمكن أي تلسكوب أو جهاز من التقاط المصدر مباشرة – حيث يُسمى “المادة المظلمة”. ‘

ومع ذلك، بما أنه لم يسبق لأحد أن رأى المادة المظلمة، فإننا لا نعرف بالضبط كيف تبدو أو حتى بالتحديد أين نبحث عنها. وقال ميلر: “نحن مقتنعون بوجود شيء ما، لكنه قد يتخذ أشكالا عديدة”.

لقد رسم العلماء العديد من الخيارات الأكثر احتمالية للمكان والأشكال التي يجب البحث عنها. عادة، يتمثل النهج في بناء أجهزة كشف للبحث بدقة شديدة عن منطقة معينة (في هذه الحالة، مجموعة من الترددات) من أجل استبعادها.

لكن فريقًا من العلماء اكتشف نهجًا مختلفًا. تصميمهم هو “النطاق العريض”، مما يعني أنه يمكنهم البحث في عدد أكبر من الاحتمالات، ولكن بدقة أقل قليلاً.

وقال ميلر: “إذا كنت تفكر في الأمر مثل الراديو، فإن البحث عن المادة المظلمة يشبه ضبط القرص للبحث عن محطة راديو معينة، باستثناء أن هناك مليون تردد يجب التحقق منه”. “أسلوبنا يشبه تحليل 100 ألف محطة إذاعية، وليس مجرد تحليل متعمق لعدد قليل منها.”

دليل على المفهوم

يبحث كاشف الخبز عن مجموعة فرعية محددة من الاحتمالات. وهو مصمم للبحث عن المادة المظلمة في شكل ما يسمى بـ “الأكسيونات” أو “الفوتونات المظلمة” – وهي جسيمات ذات كتلة صغيرة للغاية يمكن تحويلها إلى فوتون مرئي في ظل الظروف المناسبة.

ستيفان كنيرك من فيرميلاب مع مكونات كاشف الخبز.

لذلك يتكون الخبز من أنبوب معدني يحتوي على سطح منحني يلتقط ويوجه الفوتونات المحتملة إلى جهاز استشعار في أحد طرفيه. كل شيء صغير بما يكفي ليناسب ذراعيك، وهو أمر غير معتاد بالنسبة لهذا النوع من الخبرة.

وفي النسخة الكاملة، سيتم تثبيت BREAD داخل مغناطيس لتوليد مجال مغناطيسي قوي، مما يزيد من فرص تحويل جزيئات المادة المظلمة إلى فوتونات.

ومع ذلك، لإثبات هذا المبدأ، أجرى الفريق التجربة بدون مغناطيس. قام التعاون بتشغيل النموذج الأولي في جامعة شيكاغو لمدة شهر تقريبًا وقام بتحليل البيانات.

وقال العلماء إن النتائج واعدة للغاية، حيث أظهرت حساسية عالية جدًا للتردد المختار.

منذ ظهور النتائج في رسائل الفحص البدني تم قبول BREAD، وتم نقله إلى مغناطيس التصوير بالرنين المغناطيسي المحول في مختبر أرجون الوطني ويأخذ المزيد من البيانات. وسيستخدم موطنه النهائي، في مختبر فيرمي الوطني للتسريع، مغناطيسًا أكثر قوة.

وقال سونينشاين: “هذه مجرد خطوة أولى في سلسلة من التجارب المثيرة التي نخطط لها”. “لدينا العديد من الأفكار لتحسين حساسية بحثنا عن الأكسيونات.”

وقال ميلر: “لا يزال هناك الكثير من الأسئلة المفتوحة في العلوم ومساحة هائلة لأفكار جديدة ومبتكرة لمعالجة هذه الأسئلة”. “أعتقد أن هذا مثال بارز حقًا على هذا النوع من الأفكار الإبداعية – في هذه الحالة، الشراكات التعاونية والمؤثرة بين العلوم صغيرة النطاق في الجامعات والعلوم واسعة النطاق في الجامعات. المختبرات الوطنية.”

تم تصنيع أداة BREAD في فيرميلاب كجزء من برنامج البحث والتطوير للكشف في المختبر، ثم تم تشغيلها في جامعة شيكاغو، حيث تم جمع البيانات الخاصة بهذه الدراسة. قاد غابي هوشينو، طالب الدراسات العليا في جامعة شيكاغو، عملية تشغيل الكاشف، جنبًا إلى جنب مع الطالبين الجامعيين أليكس لابوينتي وميرا ليتمان.

يمتلك مختبر أرجون الوطني منشأة مغناطيسية رئيسية سيتم استخدامها في المرحلة التالية من برنامج الفيزياء BREAD. المؤسسات الأخرى بما في ذلك مختبر المسرع الوطني SLAC، ومختبر لورانس ليفرمور الوطني، ومعهد إلينوي للتكنولوجيا، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ومختبر الدفع النفاث، وجامعة واشنطن، وكالتيك، وجامعة إلينوي في أوربانا – شامبين، تعمل مع UChicago وFermilab على البحث والتطوير للإصدارات المستقبلية. من التجربة.

التمويل: مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، مبادرة فريق العمل المشترك بجامعة شيكاغو، زمالة كامبريدج جونيور للأبحاث، معهد كافلي للفيزياء الفلكية الجزيئية وعلم الكونيات، زمالة بورات.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى