در سالهای اخیر، سیگنالهای عجیبی از درون برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC) مشاهده شده است. فیزیکدانان این پدیدهها را «اشیاء پرنده ناشناس» (UFO) مینامند، اما نه به معنای واقعی کلمهی فضاپیماهای بیگانه، بلکه به عنوان رویدادهای از دست رفتن ناگهانی پرتو که به دلیل برخورد ذرات ریز گرد و غبار به پرتو پروتون رخ میدهند.
اما سوال اینجاست که چه چیزی این ذرات گرد و غبار را در محیط فوقالعاده تمیز LHC به حرکت در میآورد؟
به گفتهی فیزیکدانان، یکی از بزرگترین معماهای کیهان ممکن است عامل این پدیده باشد: ماده تاریک.
آنها معتقدند که عبور یک قطعه ماده تاریک از نزدیکی زمین، حتی در فاصلهای دهها کیلومتری، میتواند لرزش بسیار کوچکی ایجاد کند. این لرزش میتواند به LHC منتقل شده و ذرات ریز گرد و غبار را در داخل آن به حرکت درآورد. برخورد این ذرات با پرتو پروتون میتواند باعث اختلال و در نتیجه رویداد از دست رفتن پرتو شود.
این ایده از مطالعهی شکلی فرضی از ماده تاریک به نام ناگتهای کوارک آکسیونی یا AQN نشأت گرفته است. زمانی که محققان متوجه شدند ذرات گرد و غبار عامل این اختلالات، اندازهای در حد میکرومتر دارند، توجهشان جلب شد؛ چرا که این اندازه مشابه ابعاد AQNs است.
در ابتدا، این گمان وجود داشت که شاید خود AQNs همان ذرات گرد و غبار باشند، اما این فرضیه رد شد. با این حال، این موضوع سوالی جدید را مطرح کرد: اگر AQNs خود گرد و غبار نیستند، آیا میتوانند نیرویی باشند که گرد و غبار را از مسیر پرتو دور میکنند؟
محققان اکنون پیشنهاد دادهاند که LHC میتواند برای جستجوی ماده تاریک ماکروسکوپی (غیر عنصری) مورد استفاده قرار گیرد. این ایده نشان میدهد که چگونه یک تصور اولیه اشتباه میتواند به یک سوال تحقیقاتی جدی تبدیل شود.
ماهیت دقیق ماده تاریک هنوز ناشناخته است. این ماده به سختی با ماده معمولی برهمکنش دارد و تنها از طریق اثرات گرانشی آن وجودش احساس میشود. همین برهمکنش ضعیف، شناسایی مستقیم آن را بسیار دشوار کرده است.
AQNs به عنوان یک استثنای فرضی، اجسام چگال و ماکروسکوپی با جرمی تا حدود یک کیلوگرم هستند که میتوانند به شیوههایی متفاوت با ذرات ماده تاریک منفرد، با محیط اطراف خود برهمکنش داشته باشند.
این نظریه، هرچند گمانهزنانه است، اما محققان معتقدند که اگر یک AQN از فاصلهی حدود ۱۰۰ کیلومتری LHC عبور کند، موج صوتی بسیار ضعیفی که در اثر عبور آن ایجاد میشود، میتواند شتابدهنده را به لرزه درآورد.
این لرزش میتواند کافی باشد تا چند ذره گرد و غبار به داخل پرتو پروتون پرتاب شده و رویداد از دست رفتن پرتو را آغاز کند. محاسبات نشان میدهد که این سیگنالها حدود پنج برابر قویتر از نویز پسزمینه خواهند بود.
این رویدادها الگوی مشخصی از خود به جای میگذارند: سه یا چند UFO مرتبط در عرض ۲ ثانیه در نقاط متوالی در طول تونل ۲۷ کیلومتری LHC. این الگو میتواند به عنوان اثر انگشت یک رویداد AQN شناسایی شود.
نکته جالب این است که این جستجو میتواند همین حالا و بدون نیاز به هیچگونه سختافزار یا تغییرات اضافی در LHC انجام شود. سیستمهای نظارتی دقیق LHC، مانند مانیتورهای از دست رفتن پرتو که برای محافظت از دستگاه نصب شدهاند، ممکن است بتوانند این سیگنالهای غیرمنتظره را نیز تشخیص دهند.
این تحقیق هنوز در مراحل اولیه است و محققان قصد دارند با تحلیل دادههای گذشته و انجام مشاهدات جدید، این فرضیه را بررسی کنند. این روش همچنین میتواند برای سایر شتابدهندههای ذرات بزرگ نیز به کار گرفته شود و شبکهای جهانی از آشکارسازهای صوتی برای ماده تاریک ایجاد کند.
کشف چنین رویدادهایی میتواند درک ما از ماده تاریک را به طور قابل توجهی گسترش دهد و جامعه علمی را به بررسی نامزدهای ماکروسکوپی ماده تاریک در کنار نامزدهای ذرهای آن ترغیب کند. این تحقیق قرار است در فیزیکال ریویو دی منتشر شود.