ذرات پادماده می توانند بدون نابودی از کهکشان عبور کنند


آزمایش‌ها در برخورددهنده ذرات سرن نشان می‌دهد که ذرات ضد هلیوم ایجاد شده توسط ماده تاریک در اعماق فضا می‌توانند به زمین برسند.

فیزیک


12 دسامبر 2022

انرژی تاریک و ضد ماده در فضا

ماده تاریک می تواند پادماده ای با انرژی آنقدر بالا تولید کند که از کهکشان عبور کند

sakkmesterke/Alamy

پادماده از دور باید به سختی پیدا شود. هنگامی که با ماده معمولی روبرو می شود از بین می رود – و هر چه فضای بیشتری از آن بگذرد، احتمال اینکه این ذرات به پایان خود برسند بیشتر می شود. اما آزمایشی در برخورددهنده ذرات نشان می‌دهد که برخی از ذرات پادماده می‌توانند بدون تخریب از کهکشان ما عبور کنند.

در فضا، نسخه پادماده هسته اتم های هلیوم – هسته های پاد هلیوم – در هنگام برخورد پرتوهای کیهانی با اتم های شناور آزاد شکل می گیرد. تئوری ها نشان می دهند که آنها همچنین زمانی به وجود می آیند که ذرات ماده تاریک، یک ماده اسرارآمیز که بیشتر جهان را پر کرده است، با یکدیگر نابود شوند. اگر پاد هسته‌های تشکیل‌شده در طول چنین نابودی‌هایی شناسایی شوند، می‌توانند ویژگی‌های جدیدی از ماده تاریک را آشکار کنند.

استفان کونیگ استورفر در دانشگاه فنی مونیخ در آلمان و همکارانش در برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC) می خواستند ببینند که آیا پاد هسته های ایجاد شده در فضا می توانند دست نخورده به آشکارسازهای نزدیک زمین برسند یا خیر.

ابتدا اندازه گیری کردند که چه تعداد از هسته های آنتی هلیوم در برخورد با ماده معمولی درون برخورد دهنده ذرات از بین می روند. آنها با استفاده از آشکارساز ALICE در آزمایشگاه فیزیک ذرات CERN در سوئیس، برخورد پروتون‌های پرانرژی و اتم‌های باردار را که هم هسته هلیوم و هم هسته‌های اتمی آنتی هلیوم تولید می‌کردند، تجزیه و تحلیل کردند. این دو باید به تعداد مساوی تولید شوند، بنابراین محققان تعداد هسته‌های باقیمانده را شمارش کردند تا تعداد ضد هسته‌های نابود شده در برابر فولاد، کربن و سایر مواد تشکیل‌دهنده ALICE (آزمایش برخورد دهنده یون بزرگ) را استنتاج کنند.

Königstorfer می گوید که آنها از این “احتمال ناپدید شدن” در شبیه سازی کامپیوتری سفر پادماده به زمین از اعماق فضا، مانند مرکز کهکشان ما، استفاده کردند. شبیه‌سازی ضد هسته‌های ایجاد شده توسط ماده تاریک نشان داده است که حدود نیمی از این ذرات در نزدیکی زمین، حتی پس از طی تریلیون‌ها مایل، بدون آسیب قابل تشخیص هستند.

محققان همچنین ایجاد پادهسته‌ها توسط پرتوهای کیهانی را شبیه‌سازی کردند که به نظر می‌رسد در مکان‌های کمتری در کیهان و عموماً با انرژی‌های بالاتر از انرژی‌های ایجاد شده توسط ماده تاریک تشکیل می‌شوند. آنها دریافتند که تنها پرانرژی ترین آنها در تعداد زیادی به زمین می رسند.

این نشان می دهد که هر هسته آنتی هلیوم کم انرژی که روی زمین شناسایی می کنیم احتمالاً از ماده تاریک می آید جوناس تجمسلند در دانشگاه علم و صنعت نروژ.

این آزمایش نشان می‌دهد که اگر یک شی اخترفیزیکی به دلایلی آنتی هلیوم تولید کند، می‌توانیم آن را در نزدیکی زمین با آشکارسازهای استاندارد تشخیص دهیم. و نسبت سیگنال به نویز برای ماده تاریک بسیار بالا خواهد بود. تیم لیندن در دانشگاه استکهلم سوئد

درک چگونگی برهمکنش پاد هسته‌ها با ماده بین‌ستاره‌ای بخشی از این معما است، اما LHC می‌تواند نحوه تشکیل آنها را نیز مطالعه کند. استفانو پروفومو در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز. او می‌گوید درک بهتر این موضوع می‌تواند به محققان در اصلاح نظریه‌های ماده تاریک کمک کند.

Königstorfer و همکارانش اکنون در حال برنامه ریزی چنین آزمایشاتی هستند. آزمایش طیف‌سنج مغناطیسی آلفا در ایستگاه فضایی بین‌المللی می‌توانست ضد هسته‌ها و آشکارساز دیگری را شناسایی کند. طیف سنج ضد ذره عمومیبالن حمل شده بر فراز قطب جنوب به زودی پرتاب خواهد شد.

مرجع مجله: طبیعت، DOI: 10.1038/s41567-022-01804-8

درباره این موضوعات بیشتر بدانید:


منبع: https://www.newscientist.com/article/2351056-antimatter-particles-could-cross-the-galaxy-without-being-destroyed/?utm_campaign=RSS%7CNSNS&utm_source=NSNS&utm_medium=RSS&utm_content=home

توسط احمد گل کار

احمد گل کار