هیدروژن نامرئی اسرار تجزیه نوترون و ماده تاریک را فاش کرد
می هاست: دانشمندان در مطالعه ای جدید با بهره گیری از هیدروژن نامرئی، اسرار تجزیه نوترون و ماده تاریک را فاش کردند.
به گزارش می هاست به نقل از ایسنا، یک نظریه جدید، تجزیه نوترون و ماده تاریک را به هم مرتبط می کند. «نوترون آزاد در حقیقت چه مدت زنده می ماند پیش از این که تجزیه شود؟» این پرسش ساده، فیزیکدانان را برای دهه ها آزار داده است. بعلاوه، وقتی آنها بدنبال پاسخی بودند، نه یک پاسخ، بلکه دو پاسخ گیج کننده پیدا کردند که این معما را عمیق تر کرد.
به نقل از آی ای، این پاسخ ها از دو روش تجربی، معروف به روش های پرتو و بطری، ناشی می شوند. نتایج این تکنیک ها حدود ۱۰ ثانیه متفاوت می باشد. در آزمایش های پرتو، جایی که محصولات تجزیه یعنی پروتون ها شمارش می شوند، عمر نوترون به حدود ۸۸۸ ثانیه می رسد، اما در آزمایش های بطری، جایی که نوترون ها ذخیره و سپس بطور مستقیم شمارش می شوند، این رقم نزدیک به ۸۷۸ ثانیه است. این فاصله به قدری بزرگ است که بوسیله خطای تجربی قابل توضیح نیست و دانشمندان را گیج کرده است.
حال «یوجین اوکس»(Eugene Oks) فیزیکدان «دانشگاه آبرن»(Auburn) یک توضیح تازه ارایه کرده است که ممکنست عاقبت معمای عمر نوترون را حل کند. او پیشنهاد می دهد که در بعضی موارد، یک نوترون ممکنست بسادگی به دو ذره تجزیه شود. یکی از این ذرات، «نوترینو»(neutrino) و دیگری نوع خاصی از اتم هیدروژن است که نمی تواند توسط تشخیص گرهای معمولی دیده شود.
این اتم هیدروژن خاص به نور پاسخ نمی دهد و به این علت برای دستگاه هایی که به سیگنال های الکترومغناطیسی وابسته اند، نامرئی است. «اوکس» آنرا «طعم دوم»(second flavor) هیدروژن نامید و معتقد می باشد که این مسئله می تواند نه فقط معمای تجزیه نوترون را حل کند، بلکه سرنخ هایی درباره ی ماده تاریک نیز ارائه کند.
مسیر پنهان تجزیه نوترون کجاست؟
وقتی یک نوترون در حالت عادی تجزیه می شود، به سه ذره تقسیم می شود. این ذرات شامل پروتون، الکترون و «پادنوترینو» (antineutrino) هستند، اما یک مسیر تجزیه دیگر هم وجود دارد که فقط شامل دو ذره است. این ذرات شامل اتم «هیدروژن» و «نوترینو» است.
این بحث جدیدی نیست، اما فیزیکدانان فکر می کردند این فقط در حدود چهار تجزیه از هر یک میلیون اتفاق می افتد و بدین سبب آنقدر نادر است که اهمیت ندارد. «اوکس» این سناریو را با بهره گیری از نظریه کوانتومی که رفتار الکترون را توصیف می کند، باردیگر بررسی کرد. این نظریه موسوم به «معادله دیراک»(Dirac) است.
وی اندازه محدود پروتون را درنظر گرفت، چیزی که اغلب نادیده گرفته می شود. این مسئله شرایط مرزی «معادله دیراک» را تغییر می دهد و به طرز شگفت انگیزی به یک نسخه جدید از اتم هیدروژن منجر می شود که در آن الکترون بسیار نزدیک به پروتون است.
این پیکربندی محکم، نتایج جالبی دارد. از آنجائیکه الکترون حدودا همیشه در نزدیکی پروتون قرار دارد، این اتم هیچ قطب الکتریکی ندارد و این یعنی نه تابش الکترومغناطیسی را ساطع می کند و نه جذب می کند. بعبارت دیگر، این اتم، تاریک و برای تشخیص گرهایی که به نور وابسته اند، نامرئی است.
«اوکس» به این مساله به عنوان «طعم دوم» هیدروژن اشاره می کند و ادعا می کند که اگر نوترون ها به این اتم نامرئی و یک «نوترینو» تجزیه می شوند، ابزارهای علمی این تجزیه ها را از دست خواهند داد. این مسئله می تواند توضیحی برای این باشد که چرا آزمایش های پرتو که فقط محصولات تجزیه قابل مشاهده را تشخیص می دهند، عمر نوترون بیشتری را نسبت به آزمایش های بطری که نوترون های کل را شمارش می کنند، گزارش می دهند.
این مطالعه همین طور تخمین می زند که این تجزیه دو ذره می تواند حدود ۳۰۰۰ بار بیش از آن چه قبلاً تصور شده، محتمل باشد و در حدود یک درصد از تمام تجزیه های نوترون رخ دهد. این مقدار کافی است تا فاصله ۱۰ ثانیه ای بین دو نتیجه تجربی را پر کند.
آیا این ماده می تواند «ماده تاریک» باشد؟
نتایج این نظریه فراتر از تجزیه نوترون می رود. اگر این اتم های هیدروژن نامرئی وجود داشته باشند، ممکنست قسمتی از ماده تاریک که ماده گمشده جهان است را تشکیل دهند. این ماده، ماده مرموزی است که تأثیر گرانشی دارد، اما دیده نمی شود.
از آنجائیکه این «طعم دوم» هیدروژن از پروتون ها و الکترون های معمولی تولید شده است، می تواند به عنوان «ماده تاریک باریونی»(baryonic dark matter) محسوب شود.
این ماده از ذرات شناخته شده تشکیل شده است، اما قابل شناسایی نیست. «اوکس» می گوید: وضعیت اتم های هیدروژن با «طعم دوم» به عنوان «ماده تاریک باریونی» با «اصل تیغ اوکام»(Occam’s razor principle) سازگار است.
«اصل تیغ اوکام» می گوید که هرگاه درباره ی علت بروز پدیده ای دو توضیح مختلف ارائه شود، در توضیحی که پیچیده تر باشد، احتمال وجود اشتباه بیشتر است و بدین سبب در وضعیت مساوی احتمال صحیح بودن توضیح ساده تر، بیشتر است.
این نظریه بر خلاف خیلی از نظریه های ماده تاریک که به ذرات بطورکامل جدید وابسته اند، در قالب فیزیک کوانتومی استاندارد باقی می ماند.
«اوکس» اضافه کرد: اتم های هیدروژن با «طعم دوم» که برمبنای مکانیک کوانتومی استاندارد تولید شده اند، از مدل استاندارد فیزیک ذرات فراتر نمی روند.
وی حال برنامه ریزی نموده است که آزمایش هایی برای تأیید نظریه خود انجام دهد. ایده وی این است که هم اتم های هیدروژن معمولی و هم نامرئی را با بهره گیری از پرتوهای الکترونی برانگیخته کند.
وی اشاره کرد: این آزمایش می تواند نتایجی امسال عرضه نماید. موفقیت این نتایج، یک پیشرفت بسیار قابل توجه در هر دو زمینه فیزیک ذرات و مطالعه در مورد ماده تاریک خواهد بود.
این مطالعه در مجله Nuclear Physics B انتشار یافته است.
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب