فيزيكدانان با استفاده از مهبانگ و ابرنواخترها مدل‌هاي ناذره را مي‌سازند

 Physicists Build Unparticle Models Guided by Big Bang and Supernovae

 

Unparticles and their interactions with neutrinos and other standard model particles might cause distortions in the cosmic microwave background. (WMAP image of the CMB temperature anisotropy)

           

ناذرات و بر هم كنش آن‌ها با نوترنيوها و ساير ذرات مدل استاندارد

 مي‌تواند باعث واپيچيدگي‌هايي در تابش

زمينه‌ي ريز موج شود. (تصوير WMPA  از ناهمسانگري دما در تابش زمينه‌ي ريزموج)

 

شايد كيهان‌شناسي و اختر فيزيك به دانشمندان در ساختن مدلي از «ناذره‌ها» كمك كند كه بخش جديدي از فيزيك است. اخيراً هومن داودياسل[1] از آزمايشگاه ملي بروكهاون شرايطي را بررسي كرده است كه ناذرات بايد داشته باشند تا تصوير استاندارد ما ازعالم را تغيير ندهند.

 

            داوود ياسل يكي از فيزيكدان‌هاي زيادي است كه به آن چه هواردگئورگي[2] استاد دانشگاه هاروارد در اوايل سال در مورد امكان وجود نوع جديدي از ماده مطرح كرد علاقه‌مند شده است. اين نوع جديد از ماده را نمي‌توان به صورت ذره توصيف كرد؛ زيرا اجزاي آن مقايس- ناوردا هستند. اين ويژگي به معني آن است كه وقتي به آن‌ها در مقياس‌هاي مختلف نگاه كنيم ظاهرشان تغيير نمي‌كند. اين ويژگي با مورد اجسامي كه با آن‌ها آشنا هستيم، فرق بسيار دارد. با اين همه، مي‌توان بر هم كنش اين ناذرات با ذرات مدل استاندارد را از طريق عملگرهاي سركوب شده مشاهده كرد.

 

            پيشنهاد گئورگي اين انگيزه را در بسياري از فيزيكدان‌ها به وجود آورده است تا بررسي كنند آيا امكان از دست دادن چيزي تا اين اندازه عجيب در آزمايش‌هاي فعلي در آينده بدون توجه به نشانه‌هاي آن وجود دارد.

 

            اكنون داوود ياسل سعي مي‌كند تا قيودي را بر اين ناذرات اعمال كند تا فيزيكدان‌ها ايده‌‌اي را به دست آورند كه بايد در جست‌وجوي چه چيزي در آزمايش‌هاي جديد خود، به ويژه در برخورد دهنده‌ي بزرگ‌ها دروني، باشند.

 

          به گفته‌ي داوودياسل «كارمن مربوط به قيدهاي شديد كيهان‌شناختي و اخترفيزيكي است كه مي‌تواند به ديدگاه ما درباره‌ي پارامتر فضايي ممكن مدل‌هاي ناذره شكل دهد.» يكي از بهترين قيود راسنتز هسته‌اي در مهبانگ[3] (BBN) مي‌تواند اعمال كند، مدلي كه به وجود آمدن هسته‌هاي سبك پس از سردشدن عالم را در چند دقيقه‌ي اول آن توصيف مي‌كند. در هنگامي كه اولين ذرات با هم جفت شدند و هسته‌هاي اتمي سبك را به وجود آوردند، ناذرات بايد حساب خود را از ذرات جدا مي‌كردند تا تداخلي در BBN (مدلي كه به خوبي كار مي‌كند) به وجود نياورند.

          به نظر داوودياسل واجفتيدگي ناذرات از ذرات احتمالاً در ثانيه‌هاي اوليه و داغ‌تر عالم صورت گرفته كه در آن دماي عالم دست كه Gev 1بوده است. پس از گذار به BBN گرماي نهان فقط ذرات را گرم مي‌كرده است و ناذرات بسيار خنك‌تر باقيمانده است. همان‌طور كه قبلاً در مدل‌هاي با ابعاد اضافي بررسي شد. گرچه ناذرات مي‌توانستند پلاسماي داغ را تا اندازه‌اي خنك كنند اما بيش‌تر خنك ‌شدن بر اثر انبساط صورت گرفته است.

 

          گرچه ناذرات بايد در مدت BBN واجفتيده باشند، اما امكان بازجفتيدگي بعدي آن‌ها وجود داشته است، و مي‌توانستند بايد نوترنيوها برهم كنش كنند. داوودياسل پيش‌بيني مي‌كند كه در صورت شاره‌ي حاصل مي‌توانستند باعث تغيير مكان‌هاي غيراستاندارد در تابش زمينه‌ي ريز موج شده باشد.

 

          امكان ديگر جفت شدن ناذرات با ماده‌ي تاريكي مانند[4] WIMPS (ذرات سنگين با بر هم كنش ضعيف) است. احتمالاً، ماده‌ي تاريك ناپايداري كه در عالم اوليه توليد شده مي‌توانسته به ناذرات، WIMPS يا ساير انواع ماده‌ي تاريك واپاشيده شود. داوودياسل مي‌گويد واپاشي در حدود 5 تا 10 درصد جمعيت WIMPS اوليه به ناذرات هنوز مي‌تواند در محدوده‌ي پارامترهاي كيهان‌شناختي اندازه‌گيري شده‌ي كنوني قرار گيرد. در اين صورت، چگالي انرژي ناذرات در حدود چگالي انرژي ماده‌ي باريوني خواهد بود.

 

          به نظر او اگر قرار باشد ناذرات بخشي از چگالي انرژي كيهاني را تشكيل دهند، بايد بتوانند به ذرات مدل استاندارد واپاشيده شوند. همين‌طور، فرض مي‌كند كه يك گاز سرد مقياس – ناوردا مي‌تواند با نشت انرژي به فوتون‌هاي بي‌جرم به بخش مرئي عالم برگردد. اگر اين نشست انرژي در مقياس‌هاي زماني صورت گيرد كه در مقايسه با زمان‌ هابل كوتاه است، مي‌تواند واپيچيدگي‌هايي را در تابش زمينه‌ي زيرموج به وجود آورد.

 

          فرايندهاي اختر فيزيكي چون ابرنواخترها، همراه با كيهان‌شناسي BBN مي‌توانند قيودي را بر مدل‌هاي ناذرات اعمال كنند، همان‌طور كه به محدود ساختن ساير انواع اين نوع فيزيك (مانند اكسيون‌ها) كمك كرده‌اند. داوودياسل اميدوار است كه اين قيود راهنماهايي براي ساختن مدل‌هاي ناذره و در نهايت مشاهده‌ي نهايي آن‌ها - در صورت امكان – در آزمايش‌ها باشد.

 

          به نظر او «تاكنون فيزيك ناذرات هيچ مسئله‌اي اضطراري را مطرح نكرده است، و بنابراين انتظار كشف آن نمي‌رود. با وجود اين، وقتي در جست‌وجوي ناشناخته هستيد، در نظر گرفتن امكانات جديد با ارزش است. به گفته‌ي لويي پاستور شانس به سراغ ذهن‌هاي آماده مي‌رود.»

 

 1- Hooman Davoudiasl

[2] - Howard Georgi

1- Big Bang nucleosythesis

[4] -Weakly Interacting Massive Particles