به تازگی یک ابرکامپیوتر موفق شده تا وزن نخستین کاندیدای اسرار آمیز ترین ماده جهان را مشخص کند. این ماده ۱۰ میلیارد مرتبه سبک تر از یک الکترون است.

گویا آی تی – تقریباً ۹۵ درصد از هستی و هر چیز درون آن از ماده تاریک و انرژی تاریک ساخته شده اند – چیزهایی که باید در حالت استاندارد فیزیکی باشند تا قابل درک باشند، اما هیچ کس نمی داند آنها واقعاً چه هستند.
اما یک ابرکامپیوتر شاید بداند، زیرا دانشمندان به تازگی از یکی از این ابرکامپیوترها استفاده کرده اند تا یک طرح کلی از ذراتی که می توانند ماده تاریک را شکل دهند ترسیم کنند و برای اولین بار این ابرکامپیوتر توانست وزن یک اکسیون (axion) را پیش بینی کند – اکسیون یک ذره فرضی است که کاندیدای نخست ماده گمشده در جهان محسوب می شود.
در نهایت دانشمندان از وزن تخمین زده شده اخیر یک اکسیون – ۱۰ میلیارد بار سبک تر از یک الکترون – می توانند در جستجوی یک کاندیدا برای ماده تاریک استفاده کنند و پژوهشگران می گویند آن حتی می تواند به ما کمک کند تا شواهد آشکاری از آن را شناسایی کنیم.
آندرآس رینگ والد، یکی از اعضای تیم تحقیق از مرکز ملی پژوهش (DESY) در آلمان می گوید، ” دانستن این که ما در جستجوی چه نوع جسمی هستیم، می تواند برای یافتن این نوع شواهد بسیار مفید باشد. در غیر این صورت این جستجو می تواند دها سال طول بکشد، زیرا مجبور هستیم تا گستره بسیار وسیعی را بررسی کنیم. ”
رینگ والد و همکارانش تصمیم گرفتند تا بر روی اکسیون ها متمرکز شوند، زیرا آنها یکی از کاندیداهای نخست ماده تاریک هستند که هنوز باید از اسرار آنها پرده گشایی شود.
تصور بر این است که شکل ناشناخته ماده در هستی می تواند یا از چند ذره بسیار سنگین ساخته شده باشد و یا از ذرات بسیار سبک فراوان تشکیل شده باشد و اکسیون ها در دسته دوم قرار می گیرند.
فرض بر این است که اکسیون ها ذراتی با جرم پایین و با حرکت آرام باشند که هیچ باری ندارند و تعامل ضعیفی با ماده های دیگر برقرار می کنند.
این مسئله شناسایی آنها را دشوار می کند، اما با در نظر گرفتن این حقیقت که آنها ممکن است با ماده دیگری تعامل داشته باشند مسلماً باید ما را قادر سازد تا با استفاده از تجهیزات مناسب آنها را شناسایی کنیم – اگر بدانیم که باید به کجا نگاه کنیم.
اکسیون ها به عنوان کاندیدای نخست ماده تاریک شناخته می شوند به لطف گسترش کرومودینامیک کوانتومی، که یک تئوری کوانتومی است و تصور می شود نیروی قدرتمند اتمی را کنترل می کند – که یکی از چهار نیروی بنیادین جهان هستی است.
کرومودینامیک کوانتومی وجود یک ذره با تعامل بسیار پایین را پیش بینی کرده است که جرم آن به قدرت نوسانات کوانتومی در ساختار فضا – زمان بستگی دارد. اگر شما فکر می کنید که این مبهم به نظر می رسد و همانند یافتن سوزن در انبار کاه در مقیاس کوانتومی است، کاملاً درست فکر می کنید.
در این جا است که ابرکامپیوتر JUQUEEN (BlueGene/Q) در آلمان وارد بازی می شود. تیم تحقیقی نیازمند چیزی بود که بتواند تعداد متغیرهای بی شمار و دیوانه کننده مورد نیاز برای تشریح یک اکسیون را مدیریت کند.
این کامپیوتر پیش بینی کرد که اگر اکسیون ها واقعاً حجم عمده ماده تاریک را تشکیل داده باشند، آنها باید حجمی برابر با ۵۰ تا ۱۵۰۰ میکروالکترون ولت داشته باشند، که آنها را ۱۰ میلیارد مرتبه سبک تر از یک الکترون می کند.
این بدین معناست که اگر ماده به طور مساوی در هستی پراکنده شده بود، هر سانتیمتر مکعب از هستی به طور میانگین حاوی ۱۰ میلیون اکسیون می بود.
اما به نظر نمی رسد که ماده تاریک به طور مساوی در هستی پراکنده شده باشد – آن به صورت توده ای وجود دارد، مانند این کهکشان، که دارای ۹۹٫۹۹ درصد ماده تاریک است. این یعنی این که کهکشان راه شیری ما محتوی رقم بسیار بزرگ یک تریلیون اکسیون در هر سانتیمتر مکعب است.
پژوهشگران امیدوارند اکنون که محدوده جستجو را کم کرده اند علم فیزیک بتواند وجود یا عدم وجود اکسیون ها را یک بار برای همیشه اثبات کند.
زولتان فودور، یکی از اعضای گروه تحقیقاتی از دانشگاه Wuppertal آلمان می گوید، ” نتایجی که ما ارائه می کنیم احتمالاً به رقابت برای کشف این ذرات منجر خواهد شد. ”

این پژوهش در سایت Nature منتشر شده است.