الأكسيون، الجسيم الذي يمكن أن يفسر الانفجار الكبير

أحد أكبر الألغاز التي يواجهها الباحثون والعلماء هو تكوين الكون. في الآونة الأخيرة، تسعى المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) جاهدة لاكتشاف جسيم جديد يعرف باسم الأكسيون، والذي يمكنه، لأول مرة، تقديم معلومات حول الأحداث التي وقعت في الكون بعد ثانية واحدة فقط من الانفجار الكبير.

في هذا المقال سنخبرك بكل ما تريد معرفته عن الأكسيون، الجسيم الذي يمكن أن يفسر الانفجار الكبير.

الأكسيونات والمادة المظلمة

تم اقتراح الأكسيون في البداية في السبعينيات من قبل الفيزيائي روبرتو بيتشي مع زميلته هيلين كوين، وهو جسيم أولي ينشأ من إطار نظري يهدف إلى معالجة سؤال داخل الديناميكا اللونية الكمومية (QCD)، وهي النظرية التي تصف التفاعلات بين الكواركات والجلونات. . وينتمي هذا السؤال إلى "مشكلة الحفاظ على التكافؤ"، والتي تشير إلى أن الخصائص المحددة يجب أن تظل دون تغيير بسبب التفاعلات النووية. إدخال الأكسيون بمثابة آلية لإعادة هذا التناظر.

من بين أبرز خصائص الأكسيون هي وظيفتها المحتملة كأحد مكونات المادة المظلمة والتي تمثل حوالي 27% من الكتلة الكلية للكون. المادة المظلمة لا ينبعث منها ضوء أو نشاط إشعاعي، مما يجعلها غير مرئية ولا يمكن ملاحظتها إلا من خلال تأثير الجاذبية. إذا ثبت وجود الأكسيونات، فمن الممكن أن تكون وفيرة في جميع أنحاء الكون، مما يوفر مبررًا للطبيعة المراوغة للمادة المظلمة باعتبارها جسيمات خفيفة للغاية ويصعب اكتشافها.

الانفجار الكبير والجسيمات الأكسيونية

الانفجار البدائي المعروف باسم الانفجار الكبير، والذي بدأ تشكيل الكون، هو حدث تم فحصه من خلال العديد من النماذج والنظريات الكونية. ويعتقد أنه بعد الانفجار الكبير مباشرة، ظهرت مجموعة متنوعة من الجسيمات والإشعاعات. إذا كانت الأكسيونات موجودة، فمن المحتمل أنها قد تكونت بأعداد كبيرة خلال هذه المرحلة المبكرة، ولعبت دورًا في تطور الكون.

أبحاث الأكسيون مهمة ليس فقط للمادة المظلمة، ولكن أيضًا لتحسين فهمنا للكون خلال مراحل تكوينه. وبما أن الانفجار الكبير أنتج مجموعة واسعة من الجسيمات، فإن الوجود المحتمل للمحاور يمكن أن يوفر معلومات حول التنظيم التاريخي للمادة والطاقة.

ما هي المعلومات التي لدينا عن تاريخ الكون؟

اليوم، سمح تحليل الطيف الكهرومغناطيسي للخلفية الكونية الميكروية (CMB) للعلماء بتتبع ما يقرب من 14 مليار سنة إلى الوقت الذي برد فيه الكون بدرجة كافية لترابط البروتونات والإلكترونات لأول مرة أدى إلى تكوين الهيدروجين المحايد.

انبعثت الفوتونات المكتشفة في عمليات رصد الخلفية الكونية الميكروية (CMB) بعد 400.000 ألف سنة من الانفجار الكبير، مما يجعل من الصعب للغاية تحديد تاريخ الكون قبل هذا الوقت.

ومع ذلك، فقد اقترح ثلاثة من الباحثين البريطانيين نظرية تشير إلى احتمال وجود جسيم يعرف باسم الأكسيون، والذي ومن الممكن أن يكون قد انبعث خلال الثانية الأولى من تاريخ الكون. على الرغم من أن هذا الجسيم لا يزال افتراضيًا، إلا أن هناك العديد من الأسباب للاعتقاد بأن الأكسيون يمكن أن يوجد بالفعل داخل الكون.

ما هو بالضبط أكسيون؟

الأكسيونات هي جسيمات أساسية نظرية يمكنها، على الرغم من أنها لا تزال افتراضية، حل بعض الأسئلة المعقدة ضمن نظريات الجسيمات المعاصرة.

إن وجود الأكسيون من شأنه أن يساعد في معالجة مسألة التناظر CP القوي، والذي يتعلق بالتوازن بين المادة والمادة المضادة. في الواقع، قد يقدم تفسيرًا طبيعيًا للتشابه المذهل في خصائص المادة والمادة المضادة، مع تقديم معلومات حول هيمنة المادة على المادة المضادة في الكون.

يمكن أن توفر الأكسيونات معلومات حول "المادة المظلمة" الغامضة تشكل 23% من الكون. تشير الأبحاث إلى أن هذه الجسيمات تمثل أحد أكثر المرشحين الواعدين للمساهمة في المادة غير المرئية، أو المادة المظلمة، التي ظهرت بعد وقت قصير من الانفجار الكبير.

المحور ودوره في سياق المادة المظلمة

وبالنظر إلى احتمال أن المادة المظلمة قد تتكون من محاور متولدة بكميات كبيرة بعد الانفجار الكبير، يعمل الباحثون بجد لتحديد المادة المظلمة الأكسيونية في أقرب وقت ممكن.

تشير ورقة بحثية منشورة في مجلة Physical Review D إلى أن التقدم في أدوات أكثر حساسية تهدف إلى اكتشاف المادة المظلمة قد يؤدي عن غير قصد إلى اكتشاف مؤشر آخر للمحاور، المعروف باسم CaB. يشير هذا المصطلح إلى محور عصبي مشابه لخلفية الموجات الميكروية الكونية (CMB) ويسمى بخلفية المحور الكوني. ومع ذلك، نظرًا لأوجه التشابه في الخصائص بين CaB ومحاور المادة المظلمة، هناك خطر من أن يتم رفض إشارة CaB باعتبارها ضوضاء في الإعدادات التجريبية.

للعلماء ، إن تحديد CaB سيمثل اكتشافًا مزدوجًا. لن يقتصر الأمر على التحقق من صحة وجود الأكسيون فحسب، بل سيقدم أيضًا بقايا جديدة من الكون المبكر للمجتمع العلمي. يمكن للطريقة التي تم بها توليد CaB أن تكشف عن جوانب غير معروفة حتى الآن حول تكوين الكون وتطوره.

طرق الكشف عن الأكسيون

وكانت التجارب التي أجرتها المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) تهدف إلى اكتشاف الأكسيون. تتضمن التجربة المصممة للتعرف على جسيم الأكسيون استخدام تجاويف الموجات الدقيقة الرنانة، والتي تتم معايرتها لكتلة الأكسيون، الموضوعة داخل مجالات مغناطيسية قوية. تُستخدم هذه المنهجية حاليًا في تجربة ADMX في جامعة واشنطن و لديه القدرة على الكشف عن المحور، في حالة أن المادة المظلمة مكونة بالكامل من محاور.

هناك طريقة إضافية للكشف عن المحاور تتضمن استخدام مناظير الهليسكوب، المصممة خصيصًا لتحديد المحاور المتولدة داخل الشمس، ويتم تحقيق ذلك من خلال استخدام مغناطيس قوي مقترن بكاشفات الأشعة السينية ذات الخلفية المنخفضة بشكل استثنائي. على الرغم من عدم العثور على أي دليل على وجود المحاور حتى الآن، إلا أن تجربة CAST، والتي تتضمن مساهمات من الباحثين في جامعة سرقسطة، تغلبت على القيود الفيزيائية الفلكية وفتحت منطقة غير مستكشفة سابقًا للاستكشاف.