سنگ‌های میلیارد ساله ممکن است ماده تاریک را پنهان کرده باشند، دانشمندان تعجب می‌کنند
تلسکوپ‌های فانتزی و شتاب‌دهنده‌های ذرات عظیم تنها ابزارهایی نیستند که می‌توانند برای شناسایی ماده تاریک استفاده شوند. محققان از دانشگاه ویرجینیا تکنولوژی فاش می‌کنند که سنگ‌های باستانی نیز ممکن است نشانه‌هایی از ماده تاریک داشته باشند.
این ایده جالب از جستجوی ماده تاریک از طریق سنگ‌های میلیارد ساله، اولین بار در دهه ۱۹۸۰ پیشنهاد شد. این پدیده به نام پائلودتکشن شناخته می‌شود.
ایده اینجاست که سنگ‌هایی از زمان تشکیل زمین وجود دارند. ماده تاریک ممکن است با اتم‌ها و هسته‌های این سنگ‌ها در مقطعی از زمان تعامل کرده باشد و اثر خود را به جا گذاشته باشد.
محققان اشاره می‌کنند: «اگر ماده تاریک وجود داشته باشد، احتمال آن است که در مقطعی از تاریخ ۴.۶ میلیارد ساله‌اش با زمین تعامل کرده باشد.»
پائلودتکشن برای دهه‌ها به عنوان یک نظریه مطرح بوده است، اما در یک خبر منتشر شده اخیر، محققان پیشنهاد می‌کنند که درواقع راهی برای تبدیل آن به یک روش عملی برای شناسایی ماده تاریک وجود دارد.
علم پشت پائلودتکشن
نوعی فرضی از ماده تاریک وجود دارد به نام ذره عظیم با تعامل محدود (WIMP). آنها به این دلیل اینگونه نامیده می‌شوند که فقط از طریق جاذبه و نیروی هسته‌ای ضعیف با ماده عادی تعامل می‌کنند، که شناسایی آنها را به شدت چالش‌برانگیز می‌کند.
به هر حال، آنچه WIMP را از بسیاری از اشکال دیگر ماده تاریک متمایز می‌کند این است که اگر وجود داشته باشند، تصور می‌شود که با هسته‌های اتمی تعامل دارند. نتایج چنین تعاملاتی در شبکه بلوری ماده قابل مشاهده است.
برای مثال، در یک برخورد با هسته اتمی، WIMP می‌تواند مقدار کمی انرژی منتقل کند و باعث حرکت جزئی هسته شود.
وسولود ایوانوف، محقق پسادکترا در دانشگاه ویرجینیا تکنولوژی گفت: «وقتی یک ذره پرانرژی به یک هسته داخل یک سنگ برخورد می‌کند، منعکس شدن انفجاری می‌تواند هسته را از جای خود خارج کند. هسته خارج شده و شکاف خالی که باقی می‌گذارد نشان‌دهنده تغییرات ساختاری در داخل بلور است.»
با تصویرسازی و مدل‌سازی سه‌بعدی این تغییرات، یکی می‌تواند هر گونه نشانه‌ای از ماده تاریک درون هسته‌های سنگ‌های باستانی را شناسایی کند.
روش صحیح استفاده از سنگ‌ها برای شناسایی ماده تاریک
اگر پائلودتکشن اینقدر امیدبخش است، پس چرا دانشمندان از آن استفاده نکرده‌اند؟ خب، به دلیل اینکه تا کنون هیچ ایده‌ای درباره چگونگی شناسایی سنگ‌هایی که برای شناسایی ماده تاریک مناسب هستند نداشتند.
چالش دیگر این است که سنگ‌های باستانی که رادیواکتیو هستند، می‌توانند سیگنال‌های مشابهی مانند سیگنال‌هایی با نشانه‌های ماده تاریک نشان دهند. این چالش‌ها باعث می‌شوند که پائلودتکشن به یک روش پیچیده تبدیل شود که ممکن است اغلب به نتایج گمراه‌کننده منجر شود. اما محققان راه‌حلی پیشنهاد می‌کنند که پتانسیل غلبه بر این مشکلات را دارد.
آنها قصد دارند از تصویربرداری میکروبیولوژی پیشرفته استفاده کنند، تکنولوژی‌ای که برای مدل‌سازی جزئی‌ترین جزئیات سیستم عصبی حیوانی استفاده می‌شود. با این حال، این تکنیک فقط برای بررسی سنگ‌های رسوبی به نام هالیت‌های دریایی استفاده خواهد شد.
این سنگ‌ها از آب دریا تشکیل شده و به‌طور کلی حاوی سطوح بسیار پایین اورانیوم هستند. این محتوای پایین اورانیوم آنها را به یک انتخاب بهتر برای مطالعه تعاملات بالقوه ماده تاریک بدون دخالت از رادیواکتیویته تبدیل می‌کند.
پاتریک هابر، فیزیکدان دانشگاه ویرجینیا تکنولوژی گفت: «تیم قبلاً شروع به تولید رندرهای سه‌بعدی از مسیرهای ذرات پرانرژی در فلورید لیتیوم مصنوعی کرده است. این بلور مصنوعی یک آشکارساز خوب برای ماده تاریک نخواهد بود، اما کمک خواهد کرد تا طیف کامل سیگنال‌ها را شناسایی کند در حالی که بلور دست‌نخورده باقی می‌ماند.»
هابر در حال حاضر روی راه‌اندازی یک آزمایشگاه جدید در دانشگاه ویرجینیا تکنولوژی کار می‌کند، جایی که او و تیمش تجربیاتی را انجام خواهند داد تا ببینند رویکردشان در شناسایی ماده تاریک چقدر موفق است. امیدواریم تلاش‌های آنها بالاخره انرژی تاریک معروف را که در سنگ‌های باستانی پنهان شده فاش کند.
