دانشگاه فناوری نانیانگ سنگاپور (NTU Singapore) در پژوهشی پیشگامانه، تکنیک جدیدی را با استفاده از کریستال‌های خاص طراحی‌شده معرفی کرده است. این کریستال‌ها می‌توانند رفتاری شبیه به ذرات فرضی به نام آکسیون را تقلید کنند و به شناسایی ماده تاریک کمک کنند. ماده تاریک، که گمان می‌رود ۸۵٪ از جهان را تشکیل دهد، همچنان یکی از بزرگ‌ترین اسرار کیهان است. این کشف نوآورانه امید به درک بهتر نیروهای شکل‌دهنده‌ی کهکشان‌ها و رمزگشایی از اسرار کیهان را افزایش می‌دهد.
کریستال‌هایی که رفتار آکسیون را تقلید می‌کنند: گامی بزرگ در جهت کشف ماده تاریک
دانشمندان دانشگاه فناوری نانیانگ سنگاپور (NTU Singapore) در مسیر کشف ماده تاریک، به پیشرفتی قابل توجه دست یافته‌اند. ماده تاریک، ماده‌ای مرموز است که احتمالاً ۸۵٪ از جرم کل کیهان را تشکیل می‌دهد. این محققان با استفاده از کریستال‌هایی با طراحی دقیق، نشان داده‌اند که فوتون‌ها (ذرات نور) می‌توانند رفتاری مشابه آکسیون‌ها داشته باشند. آکسیون‌ها ذراتی فرضی هستند و یکی از نامزدهای اصلی برای ماده تاریک محسوب می‌شوند. این کشف، زمینه را برای تلاش‌های آینده در جهت شناسایی مستقیم آکسیون‌ها و کشف اسرار کیهان فراهم می‌کند.
ماده تاریک چیست؟
ماده مرئی که ما می‌توانیم ببینیم، مانند ستارگان و سیارات، تنها بخش کوچکی از جهان را تشکیل می‌دهد. بخش عمده‌ی جهان را ماده تاریک تشکیل می‌دهد. ماده تاریک مانند «چسبی» نامرئی کهکشان‌ها را در کنار هم نگه می‌دارد. مفهوم ماده تاریک اولین بار در دهه ۱۹۳۰ مطرح شد تا توضیح دهد چرا کهکشان‌ها با وجود سرعت چرخش بالا از هم نمی‌پاشند. با این حال، شناسایی ماده تاریک بسیار دشوار بوده است. زیرا نه نوری از خود ساطع می‌کند و نه نوری را بازتاب می‌دهد. همچنین، برهمکنش ماده تاریک با ماده معمولی بسیار ضعیف است.
در میان ذرات پیشنهادی برای تشکیل ماده تاریک، آکسیون‌ها به عنوان یکی از کاندیداهای اصلی مطرح هستند. این ذرات فرضی برای اولین بار در اواخر دهه ۱۹۷۰ برای حل یک مسئله در فیزیک ذرات پیشنهاد شدند. اگر آکسیون‌ها وجود داشته باشند، احتمالاً در زمان انفجار بزرگ به وجود آمده‌اند. همچنین می‌توانند تحت شرایط خاص، مانند قرار گرفتن در معرض میدان‌های مغناطیسی قوی، به فوتون تبدیل شوند. با این وجود، تمام تلاش‌ها برای شناسایی آکسیون‌ها یا همتایان فوتونی آن‌ها تاکنون بی‌نتیجه مانده است.
رویکردی نوین: کریستال‌ها و فوتون‌ها
تیم تحقیقاتی NTU به جای الکترون‌ها که معمولاً در مطالعات مربوط به رفتار شبه-آکسیون بررسی می‌شوند، بر روی فوتون‌ها تمرکز کرده است. مطالعات قبلی نشان داده بود که الکترون‌ها می‌توانند رفتار آکسیون‌ها را در دو بعد (مانند حرکت افقی یا عمودی) تقلید کنند. اما آکسیون‌ها در سه بعد وجود دارند و حرکت می‌کنند. بنابراین، این رویکرد کافی نبود.
برای حل این مشکل، دانشمندان NTU کریستال‌های لایه‌ای با خواص مغناطیسی خاص ساختند. این کریستال‌ها می‌توانند نحوه حرکت فوتون‌ها را تغییر دهند. این کریستال‌ها که از گارنت آهن ایتریم ساخته شده‌اند، ویژگی‌های جالبی از خود نشان دادند. فوتون‌ها در یک جهت و در امتداد لبه‌های سه‌بعدی کریستال‌ها بدون پراکندگی به عقب حرکت می‌کردند. این رفتار، شبیه به رفتار نظری آکسیون‌ها بود.
پیامدهای تحقیقات برای ماده تاریک
این پیشرفت، راهکار جایگزین و امیدوارکننده‌ای برای شناسایی آکسیون‌ها ارائه می‌دهد. محققان امیدوارند با بهینه‌سازی طراحی کریستال‌ها، بتوانند سیگنال‌های ضعیفی را که هنگام تبدیل آکسیون‌ها به فوتون‌ها در میدان‌های مغناطیسی قوی ایجاد می‌شوند، تقویت کنند. این امر می‌تواند شانس شناسایی آکسیون‌های واقعی را در آینده بهبود بخشد.
پروفسور یانیس سمرتزيدیس از مؤسسه پیشرفته علوم و فناوری کره (KAIST) که در این مطالعه شرکت نداشت، این یافته‌ها را پیشرفتی بزرگ دانست. او تأکید کرد که میدان‌های مغناطیسی داخلی این کریستال‌ها برای شناسایی آکسیون‌ها ایده‌آل هستند و می‌توانند به ابزاری کاربردی برای جستجوی ماده تاریک تبدیل شوند.
نگاهی به آینده
اگرچه هنوز کارهای زیادی برای بهبود این تکنیک‌ها و توسعه روش‌های عملی شناسایی باقی مانده است، این مطالعه گامی هیجان‌انگیز به جلو محسوب می‌شود. یافته‌های تیم NTU نه تنها احتمال وجود آکسیون‌ها را تقویت می‌کند، بلکه نشان می‌دهد مواد نوآورانه‌ای مانند گارنت آهن ایتریم می‌توانند تحقیقات در زمینه ماده تاریک را متحول کنند. همانطور که دانشمندان به کاوش در اسرار ژرف کیهان ادامه می‌دهند، پیشرفت‌هایی از این دست ما را به درک نیروهای نامرئی شکل‌دهنده‌ی کیهان نزدیک‌تر می‌کند.
اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: phys.org
