درگاهی که مدل استاندارد را به فیزیک تاریک وصل می‌کند

فیزیکدانان نظری، فرضیه تازه‌ای را پیش رو گذاشتند که فیزیک مرئی با نیروهای پنهان کیهان را به هم متصل می کند.

این ایده از این قرار است که علت تقلای ما برای فهمیدن انرژی و ماده تاریک به این خاطر نیست که آنها وجود ندارد بلکه به این دلیل است که ما از درگاه هایی که از طریق آن ذرات معمولی و این ذرات تاریک با هم در تعاملند، غافل بوده ایم. در فیزیک، فاصله‌ای بزرگ میان آنچه که از آن با نام فیزیک مرئی یاد می‌شود ( چیزهایی که مستقیم آنهارا شناسایی می کنیم مانند الکترون) و فیزیک تاریک که شامل چیزهایی می‌شود که ما اثرات آن را احساس می‌کنیم مثل ماده تاریک و انرژی تاریک، اما قادر به تعامل با آنها نیستیم. درگاه‌ها، تلاش ما برای شرح چگونگی تعامل این دو به ظاهر دنیای جداگانه برای شکل دادن جهان ما، به شمار می‌آیند.

بخش مرئی فیزیک بر محور ۱۷ نوع ذره فهرست شده که مدل استاندارد را شکل می‌دهند. الکترون‌ها، فوتون‌ها و بوزون‌ هیگز از جمله‌ی این ذرات می‌باشند. اما متاسفانه، مدل استاندارد نمی‌تواند همه آنچه را که شاهد رخ دادنش در جهان هستیم، توضیح دهد. نکته مهم آنکه، قادر به توضیح گرانش یا سرعت انبساط جهان نیست. این امر به طرح نیروهای فرضی ماده تاریک و انرژی تاریک منجر شد که پیش‌بینی می‌شود ۹۵ جهان ما را تشکیل می‌دهند. این میان، تنها یک مشکل وجود دارد هیچکس تا‌کنون قادر به دیدن یا شناسایی هیچ یک از این نیروها نبوده است.
در این فرضیه مطرح شده که شاید ذرات تاریک و پنهانی وجود دارند که ماده و انرژی تاریک از آن تشکیل گشته و ابزارهای ما از شناسایی این ذرات ناتوانند. آزمایشاتی نظیر، شتاب دهنده هادرونی بزرگ مشغول کار روی این موضوع هستند و با درهم کوبیدن ذرات معمولی امید دارند در این فروپاشی، چیزی از قسمت تاریک فیزیک بیابند. اما تاکنون، دنیای فیزیک تاریک از چنگ ما گریخته است. و این مسئله شکافی بزرگ بر جا می گذارد که محققان مشتاق اند برای تکمیل درک ما از جهان، آن را پر کنند. حال راه حلی بالقوه پیش روی ماست؛ بر طبق این پژوهش جدید محققان موسسه Basic Science در کره جنوبی، نوع تازه‌ای درگاه با نام، درگاه اکسیون تاریک را ارائه کرده اند.

دانشمندان فیزیک نظری از قبل نیز در مسئله‌ی درگاه‌هایی میان دنیای تاریک و مرئی فیزیک به بررسی مشغول هستند، اما تا کنون، تنها دو نوع درگاه مطرح شده بود: درگاه‌های وکتوری و درگاه‌های اکسیون. این درگاه‌ها بر مبنای دو ذره فرضی بخش تاریک قرار دارند که طبق پیش‌بینی محققان ممکن است وجود خارجی داشته‌باشند اکسیون و فوتون تاریک. فرض می شود که یک اکسیون ذره‌ی بسیار سبکی باشد که وجود آن می تواند برخی مشکلات نظری مدل استاندارد را حل کند. فوتون تاریک نیز به مثابه‌ی ورژنی تاریک از فوتون‌ها می ماند؛ ذراتی که نور مرئی را تشکیل می‌دهند.

فوتون های تاریک اما، به جای آنکه مشابه فوتون های معمولی به تعامل با بار الکترومغناطیسی بپردازند، با به اصطلاح، بار تاریک که احتمالا توسط سایر ذرات قسمت تاریک حمل می‌شود، پیوند برقرار می‌کنند. در گذشته، درگاه‌های اکسیون و وکتوری، به صورت تجربی، در تلاش برای یافتن شواهد این دو ذره مورد استفاده قرار می‌گرفتند، اما تیم محققان اظهار می‌دارد که درگاه اکسیون تاریکِ آنها می تواند قطعه گمشده پازل باشد. به گفته محققان اگر نوعی کوارک سنگین در مدل استاندارد وجود داشته باشد که آن هم بار تاریک را حمل کند؛ این بدان معناست که قادر به جفت شدن با فوتون‌های تاریک میباشد.

در واقع از طریق این کوارک سنگین، اکسیون‌ها، فوتون‌ها و فوتون‌های تاریک، همگی می‌توانند با یکدیگر در تعامل باشند. همان طور که در تصویر زیر می بینید. لی های-سانگ سرپرست این تحقیق گفت:«درگاه اکسیون تاریک اولین پیوند معنادار را بین دو فیزیک که جداگانه مطالعه می‌شدند، ارائه داده و سرنخ ها را به هم وصل می‌کند. این امر بازتفسیر داده‌های قبلی را ممکن ساخته و به طور بالقوه پیشرفتی در جست‌ وجو های مربوط به اکسیون و فوتون‌های تاریک، فراهم می آورد.»

این تیم ایدۀ درگاه را مطرح و چگونگی عملکرد احتمالی آن را مشخص نموده است؛ اما حال، آنها آزمایشات جدیدی را طرح می‌کنند که قادر است با استفاده از درگاه، یک بار برای همیشه بسنجد که آیا به راستی اکسیون‌ها و فوتون‌های تاریک وجود خارجی دارند یا خیر.