تجربة عمرها 300 عام يمكن أن تصبح أفضل كاشف للمادة المظلمة في العالم

يمكن لتجربة عمرها قرون أن تساعد في تسريع البحث عن جسيمات جديدة وغريبة، بما في ذلك تلك التي تشكل المادة المظلمة.

في عام 1773، أجرى العالم البريطاني هنري كافنديش تجربة بسيطة تهدف إلى الكشف عن طبيعة الكهرومغناطيسية. وقد تضمنت قياس الإمكانات الكهربائية على سطح غلافين معدنيين متداخلين لمعرفة كيفية تأثير الجسيمات المشحونة على بعضها البعض داخلهما.

الآن، يقول بيتر جراهام – من جامعة ستانفورد في كاليفورنيا – وزملاؤه إن إحياء تجربة كافنديش يمكن أن يساعد في الكشف عن سمة أكثر غموضًا لكوننا، وهي الجسيمات التي تشكل المادة المظلمة.

على الرغم من أن المادة المظلمة تشتمل على جزء أكبر من كوننا من المادة العادية، إلا أننا لا نعرف مما تتكون. هناك العديد من المقترحات النظرية لما يمكن أن يكون عليه الأمر، وتتراوح التجارب التي تحاول اكتشافها من استخدام مصادمات الجسيمات إلى تطوير أجهزة الكشف تحت الأرض.

ركز جراهام وزملاؤه على مرشح واحد للمادة المظلمة يسمى الجسيمات المللي الشحنة (mCPs)، والتي، كما يوحي اسمها، لها شحنات صغيرة بشكل غير عادي. إن خاصية الشحن تجعلها مناسبة بشكل جيد لإعداد كافنديش الذي يعود تاريخه إلى قرون.

يقترح الفريق تكرار تصميم الغلاف المتداخل، وتطبيق الجهد الكهربي على الغلاف الخارجي الأكبر، ثم قياس الفرق في الجهد بينه وبين الغلاف الداخلي. نظرًا لأن mCPs مشحونة كهربائيًا، فإن هذا القياس سيكشف ما إذا كان هناك أي منها موجود في التجربة.

وللمساعدة في ذلك، ستتضمن التجربة الجديدة جهازًا مراكمًا يمتص جميع الجسيمات المشحونة من الغرفة مثل المكنسة الكهربائية، ويجلب جميع mCPs المحتملة إلى الإعداد، كما يقول عضو الفريق هاريكريشنان راماني من جامعة ديلاوير.

يعد التصميم أبسط وأقل تكلفة مقارنة بعمليات بحث mCP الأخرى، حيث تقدر تكلفته بأقل من مليون دولار أو جزء من الألف من تشغيل مسرع الجسيمات لمدة عام. وتُظهر حسابات الباحثين أيضًا أنها قد تكون أكثر حساسية من بعض تجارب مسرعات الجسيمات التي سيتم إجراؤها عبر الإنترنت في المستقبل.

يقول كيفن كيلي من جامعة تكساس إيه آند إم إن بعض التقديرات في حسابات الباحثين ربما تكون متحفظة، لذا فإن التجربة المقترحة يمكن أن تكون في النهاية أكثر حساسية بما يتراوح بين 100 و10000 من الطرق السابقة، مما يسمح لهم باكتشاف mCPs بشحنات أصغر حتى مما كان مفترضًا سابقًا.

يقول كريستوفر هيل من جامعة ولاية أوهايو: “قد تكون هذه التقنية أفضل من بعض الأشياء التي نقوم بها أنا وآخرون (بالفعل).” ومثل جراهام وراماني، يقدر أنه يمكن بناء التجربة وإكمالها بسرعة أكبر بكثير من تجربة مسرع الجسيمات، على سبيل المثال، وبالتالي تقليل الوقت بشكل كبير للوصول إلى اكتشاف ضخم محتمل. يقول هيل: “ستكون خطوة كبيرة نحو فهم المادة التي يتكون منها الكون، وكيف يعمل”. ويقول إنه يفكر فيما إذا كان بإمكانه بناء تجربة مماثلة مع فريقه الخاص.

ويعمل الفريق الآن على وضع تفاصيل بناء التجربة وتأمين التمويل لها. إذا نجح الأمر، وهو ما يقول راماني إنه يمكن أن يحدث في غضون عامين أو ثلاثة أعوام، فسيكون له فائدة أخرى – يمكن استخلاص mCPs من جهاز كافنديش ودراسته بعد ذلك. ويقول: “يمكنك تخزين جزيئات مشحونة وإهدائها للناس”.