البحث عن المادة المعتمة
يسود اعتقاد بأن المادة هي شيء ما «هناك في مكان ما»
لكننا لن نفهمها فعلا ما لم نأتِ بها إلى الأرض
لو استطعنا رؤية المادة المعتمة لبدت مجرة درب التبانة مكانا مختلفا تماما فالقرص الحلزوني حيث تستقر معظم النجوم سيكون ملتفا بضباب كثيف من جسيمات المادة المعتمة ويعتقد الفلكيون أن الضباب المعتم أكثف من ذلك القرص بعشر مرات وأن قطره يبلغ عشرة أضعاف قطر القرص.
ليس الكون من حولنا على الحال التي يظهر بها لنا فالنجوم تشكل أقل من واحد في المئة من كتلته ويشكل الغاز المتخلخل برمته مع أشكال المادة العادية الأخرى أقل من خمسة في المئة وتشير تحركات هذه المادة المرئية إلى أنها مجرد حطام طاف على بحر غير مرئي من مادة مجهولة إننا لا نعرف سوى القليل عن ذلك البحر والعبارات التي نستخدمها لوصف مكوناته من قبيل «المادة المعتمة» و«الطاقة المعتمة» ليست سوى تعبيرات عن جهلنا بها.
وعلى مدى 70 عاما جمع الفلكيون بانتظام أدلة غير مباشرة عن وجود المادة المعتمة والجميع تقريبا يتقبلون ذلك على أنه حقيقة لكن الدليل الظرفي غير شافٍ لأنه لا يستطيع استبعاد البدائل بشكل حاسم ومن أمثلتها قوانين الفيزياء المعدلة كما أنه لا يستطيع كشف الكثير من خصائص المادة المفترضة إن كل ما نعرفه بشكل جوهري هو أن المادة المعتمة تتكتل معا موفرة مرتكزا ثقاليا للمجرات وللبُنى الأكبر من قبيل تجمعات المجرات لكن المؤكد تقريبا هو أنها تتكون من نوع من الجسيمات الأولية غير المكتشفة حتى الآن والطاقة المعتمة وعلى الرغم من اسمها المماثل إلى حد مربك أيضا هي جوهر منفصل لم يظهر في المشهد إلا منذ عام 1998 إنها منتشرة في الفضاء بشكل متجانس وتبدي ضغطا سالبا وتسبب تسارع توسع الكون.
وفي النهاية سيتعين على تفاصيل هذه المكونات المعتمة أن تُستكمل لا بوساطة علم الفلك بل بوساطة فيزياء الجسيمات فعلى مدى السنوات الثماني الماضية وضع هذان المجالان مواردهما معا والتقيا في اجتماعات من قبيل مؤتمرات حول مصادر المادة والطاقة المعتمتين في الكون وكشفها لقد كان الهدف هو العثور على طرق لكشف المادة المعتمة ودراستها باستخدام التقانات نفسها التي كانت باهرة النجاح في تحليل جسيمات كالپوزيترونات والنيوترينوهات فبدلا من استنتاج وجود المادة المعتمة من خلال النظر إلى أجسام نائية يمكن للعلماء أن يبحثوا عنها هنا على الأرض.
نظرة إجمالية
يعتقد معظم الفلكيين أن السماوات مملوءة بالمادة المعتمة لكن أرصادهم ليست بالدقة التي توفر برهانا لا لبس فيه ناهيك عن قياس الخصائص التفصيلية للمادة المفترضة أما فيزيائيو الجسيمات فهم يحاولون معالجة المسألة ببناء مكاشيف للبحث عن المادة المعتمة أثناء تدفقها عبر الأرض.
إن جسيمات المادة المعتمة وعلى الرغم من مقاومتها للتآثر مع المادة العادية يمكنها فعل ذلك أحيانا فعندما يصدم مثل هذا الجسيم نواة ذرة ترتد النواة وتضرب الذرات المحيطة وتحرر طاقة على شكل حرارة أو ضوء.
يكمن الحل الحقيقي في التمييز بين تحرير الطاقة هذا وبين آثار السيرورات غير المجدية مثل الاضمحلال الإشعاعي فقد تكون هذه الآثار هي المسؤولة عن ادعاءات كشف المادة المعتمة حتى الآن.
إن البحث عن جسيمات المادة المعتمة واحدة من أصعب التجارب التي جرى القيام بها على الإطلاق في مجال الفيزياء ففي المؤتمر الأول عبَّر المشاركون عن انعدام ثقتهم التام بمقدرة أي مكشاف جسيمات في مختبر أرضي على تسجيل مادة معتمة فحساسية حتى أفضل أدوات القياس كانت أخفض بألف مرة عمَّا يمكِّنها من التقاط أنواع مفترضة من المادة المعتمة لكن ومنذئذ تحسنت حساسية الكشف ألف ضعف ويتوقع مصنعو أدوات القياس أن يحققوا تضاعفا آخر يبلغ ألف مرة فقد بدأ أخيرا ما يزيد على 15 عاما من البحث والتطوير في طرائق الكشف يُؤتي ثماره وقريبا يمكن أن نعرف ماهية الكون فعلا فإما أن يثبت أن المادة المعتمة حقيقة وإما سيتعين على النظريات التي تقوم عليها الفيزياء الحديثة أن تُقتل بسلاحها.
عبر المرآة
ما نوع الجسيم الذي يمكن أن تتكون المادة المعتمة منه؟ يوفر الرصد الفلكي والنظرية الفلكية بعض المؤشرات العامة حول ذلك إنها لا يمكن أن تكون پروتونات أو نيوترونات أو أي شيء كان في وقت ما مكونا من پروتونات أو نيوترونات مثل النجوم الكبيرة الكتلة التي غدت ثقوبا سوداء فوفقا لحسابات تكوين الجسيمات PARTICLE SYNTHESIS أثناء الانفجار الأعظم فإن عدد هذه الجسيمات أقل كثيرا مما يلزم لتكوين المادة المعتمة وقد تعززت تلك الحسابات بقياسات أجريت على الهدروجين والهليوم والليثيوم التي تكونت في بداية الكون.
ولا يمكن أيضا لأكثر من جزء ضئيل من المادة المعتمة أن يكون نيوترينوهات ذلك النوع الخفيف الوزن من الجسيمات المنطلقة في الفضاء دون أن تقترن بأي ذرة لقد شكلت النيوترينوهات في وقت ما إمكانية قوية للمادة المعتمة ولايزال دورها موضع نقاش لكن التجارب بيَّنت أنها ربما تكون أخف وزنا بكثير إضافة إلى ذلك فهي ساخنة أي إنها كانت في بداية الكون تتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء لقد كانت الجسيمات الساخنة سريعة الحركة إلى درجة منعتها من الاستقرار في البنى الكونية المرصودة.
إن أفضل اتفاق مع الأرصاد الفلكية يتضمن مادة معتمة «باردة» وهي مصطلح يشير إلى جسيم ما غير مكتشف تحرك ببطء أثناء تكونه وعلى الرغم من أن للمادة المعتمة مشكلاتها الخاصة في تفسير البنى الكونية فإن معظم علماء الكون يعدون هذه المشكلات صغيرة مقارنة بالصعوبات التي تواجهها فرضيات بديلة إن النموذج المعياري الحالي للجسيمات الأولية لا يحتوي على أمثلة لجسيمات يمكنها أن تخدم كمادة معتمة باردة، لكن امتدادات لذلك النموذج، كانت قد طُوِّرت لأسباب منفصلة تماما عن احتياجات علم الفلك توفر أمثلة عديدة معقولة.
.........
والختام السلام