آیا ذراتی به نام فرمیون، با سفر در بُعد پنجمی پیچ‌خورده، می‌توانند راز ماده تاریک را فاش کنند؟ پژوهشگران بر این باورند که این نظریه نوآورانه می‌تواند گره از یکی از بزرگترین معماهای فیزیک باز کند. بیایید ببینیم چگونه این ایده، ماده تاریک گریزان را به بُعدی کاملاً جدید پیوند می‌دهد.
بُعدی جدید برای شناخت ماده تاریک
ماده تاریک، ماده‌ای اسرارآمیز که حدود ۷۵٪ از کل ماده جهان را تشکیل می‌دهد، مدت‌هاست ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده است. با وجود نقش مهم آن در پدیده‌های گرانشی و حفظ ساختار کیهان، تاکنون مستقیماً مشاهده نشده است. مطالعه‌ای جدید در The European Physical Journal C فرضیه‌ای جذاب را مطرح می‌کند: ماده تاریک می‌تواند با ذراتی که در بُعد پنجمی پیچ‌خورده حرکت می‌کنند، در ارتباط باشد.
این نظریه بر پایه‌ی مدل «بُعد اضافی پیچ‌خورده» (warped extra dimension : WED) بنا شده که اولین بار در سال ۱۹۹۹ ارائه شد. پژوهشگران اسپانیایی و آلمانی این مفهوم را گسترش داده و پیشنهاد می‌کنند که فرمیون‌ها – ذرات زیراتمی مانند الکترون‌ها و کوارک‌ها – می‌توانند با این بُعد اضافی برهم‌کنش داشته باشند. این رویکرد جدید نه‌تنها توضیحی احتمالی برای ماده تاریک ارائه می‌دهد، بلکه به حل برخی دیگر از ابهامات مدل استاندارد فیزیک نیز کمک می‌کند.
فرمیون‌ها و بُعد پنجم: چه نقلی دارند؟
در مرکز این نظریه، این ایده قرار دارد که فرمیون‌ها می‌توانند از دریچه‌ای به بُعد پنجم پیچ‌خورده وارد شوند و چیزی را ایجاد کنند که پژوهشگران آن را «ماده تاریک فرمیونی» می‌نامند. این ذرات می‌توانند جرم خود را به این بُعد اضافی منتقل کنند و بقایای ماده تاریک را تشکیل دهند که خارج از محدوده جهان قابل مشاهده ما وجود دارند.
پژوهشگران تأکید می‌کنند که مدل استاندارد فیزیک، کاندیدای مناسبی برای ماده تاریک ندارد. این محدودیت نشان می‌دهد که برای توضیح پدیده‌های توجیه‌نشده – مانند اینکه چرا ماده تاریک با ذرات معمولی برهم‌کنش ندارد یا رفتار آنها را مختل نمی‌کند – به «فیزیک جدید» نیاز داریم.
این مطالعه با معرفی مفهوم «بخش تاریک» پنج‌بعدی، راهی نو برای حل این ناسازگاری‌ها ارائه می‌دهد. جرم زیاد فرمیون‌ها، که در این فضای پیچ‌خورده ظاهر می‌شوند، می‌تواند کلید درک خواص منحصر به فرد ماده تاریک باشد.
چرا ماده تاریک همچنان گریزان است؟
یکی از مهم‌ترین چالش‌ها در مطالعه ماده تاریک، نامرئی بودن آن است. برخلاف ماده معمولی، ماده تاریک نور را نه جذب می‌کند و نه ساطع می‌کند، بنابراین با روش‌های معمول قابل تشخیص نیست. به همین دلیل، دانشمندان به شواهد غیرمستقیم – مانند اثرات گرانشی آن بر کهکشان‌ها و ساختارهای کیهانی – تکیه می‌کنند.
این نظریه جدید بیان می‌کند که مشاهده ماده تاریک فرمیونی در بُعد پنجم، نیازمند آشکارسازهای پیشرفته موج گرانشی است. این آشکارسازها، که به‌طور فزاینده‌ای در پژوهش‌های علمی استفاده می‌شوند، می‌توانند ردپاهای ظریف این ذرات را که در ابعاد مختلف سفر می‌کنند، شناسایی کنند.
فراتر از مدل استاندارد
پیامدهای این پژوهش فراتر از ماده تاریک است. مدل استاندارد فیزیک، با وجود موفقیت در توضیح بسیاری از جنبه‌های جهان، در پاسخ به برخی پرسش‌های اساسی ناتوان است. برای مثال، نمی‌تواند «مسئله سلسله مراتب» را به‌طور کامل توضیح دهد؛ این مسئله به این موضوع می‌پردازد که چرا بوزون هیگز، با توجه به مقیاس گرانش، بسیار سبک‌تر از حد انتظار است.
مدل WED با در نظر گرفتن بُعد پنجم، چارچوبی برای پرداختن به این مسائل بی‌پاسخ ارائه می‌دهد. فیزیک جدیدی را معرفی می‌کند که می‌تواند شکاف بین نظریه‌های موجود و پدیده‌های مشاهده‌شده را پر کند و راه را برای اکتشافات آینده هموار سازد.
گامی نزدیک‌تر به حل معما
اگرچه مفهوم بُعد پنجم ممکن است شبیه داستان‌های علمی-تخیلی به نظر برسد، اما راهی امیدوارکننده برای حل یکی از بزرگترین معماهای فیزیک ارائه می‌دهد. اگر این نظریه اثبات شود، می‌تواند درک ما از جهان و اجزای پنهان آن را دگرگون کند.
در حال حاضر، جستجو برای یافتن ماده تاریک فرمیونی ادامه دارد. با پیشرفت در تشخیص موج گرانشی و سایر فناوری‌ها، ممکن است پاسخ معمای ماده تاریک نزدیک‌تر از آنچه تصور می‌کنیم باشد. ایده‌ی ذراتی که از دریچه‌ای به بُعدی دیگر سفر می‌کنند، نه تنها جذاب، بلکه گامی جسورانه برای گشودن اسرار کیهان است.
اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: popular mechanics
