מדענים מציעים את קיומו של חלקיק חדש המהווה פורטל למימד חמישי

עודכן ב: פבר 7

מאת: Becky Ferreira

מקור: vice.com


מדענים רוצים לאשש או להפריך את קיומו חלקיק היפותטי שיכול לשמש כפורטל למימד חמישי מעוות המתווך בין התחומים הקוסמיים של אור ואפלה. אמנם המשפט הזה נשמע כמו סינופסיס של סרט מדע בדיוני, אך למעשה הוא התוצאה המדהימה של מחקר שנערך לאחרונה, המנסה להאיר כמה מהחידות המאתגרות ביותר במדע.

קיומו של חלקיק ספקולטיבי זה יכול "לספק הסבר טבעי" לכמות החומר האפל - חומר לא מזוהה המהווה את מרבית מסת היקום - ולפתור בעיות בלתי פתירות לגבי חלקיקים תת-אטומיים המכונים פרמיונים. כך על פי המחקר החדש, אשר פורסם בחודש שעבר בכתב העת 'The European Physical Journal C'.


המחקר מוסיף כי "נוכחות של פיזיקה חדשה" יכולה להסביר את התעלומות הבסיסיות הללו על ידי הצגת מודל של היקום עם מימד חמישי שניתן לחצות אותו עם חלקיקים.


המחקר נכתב על ידי חאבייר קסטלאנו (Javier Castellano) ומתיאס נויברט (Matthias Neubert), פיזיקאים תיאורטיים ב-PRISMA+ Cluster of Excellence באוניברסיטת מיינץ, ואדריאן כרמונה (Adrián Carmona), עמית Athenea3i במחלקה לפיזיקה תיאורטית והקוסמוס באוניברסיטת גרנדה.


"אנחנו עובדים על נושא דומה די הרבה זמן", אמר הצוות. "המוטיבציה הראשונית שלנו הייתה להסביר את מקורם האפשרי של מסות הפרמיונים בתיאוריות עם מימד נוסף מעוות."


"ידענו שלמסות של המרכיבים האלה יש כמה מאפיינים מיוחדים, שזעקו להסבר", אמרו. החוקרים הם חלק ממסורת מדעית ארוכת שנים המפקפקת ברעיון שארבעת הממדים שבני האדם יכולים לתפוס - מרחב תלת ממדי וזמן - הם באמת כל מה שיש ליקום להציע. קו מחקרי זה הפיק משוואות שדה חמש ממדיות המבטאות את ההשלכות שיהיה למימד נוסף על היקום, ועל המציאות עצמה.


במהלך מחקר המשוואות האלה ביחס למסות הפרמיונים, הצוות שרטט את קיומו של שדה סקלרי חדש הקשור לחלקיק ספקולטיבי הדומה במקצת לשדה היגס הקשור לחלקיק הבוזון היגס המפורסם.


"גילינו שלשדה הסקלרי החדש התנהגות מעניינת ולא טריוויאלית לאורך הממד הנוסף", הסביר הצוות. "מכיוון שלחלקיק החדש הזה יש תכונות קוונטיות דומות מאוד לזה של בוזון היגס, היה טבעי מאוד להניח ששני החלקיקים צריכים להתערבל זה עם זה, כלומר פונקציות הגל הקוונטיות-מכניות שלהם שזורות זו בזו."


"לימוד הערבול הזה היה אחד המניעים המקוריים של עבודה זו", הוסיפו החוקרים. כשבדקו את ההשערה הזו, הבינו הפיזיקאים שהחלקיק הכבד יכול להציע "חלון ייחודי" לחומר האפל מכיוון שהוא יוכל לתווך כוח חדש המחבר בין החומר האפל לבין מקבילו הנראה והמוכר יותר, הלובש צורה - כוכבים, כוכבי לכת וכל הדברים האחרים שניתן לזהות בעזרת אסטרונומיה מסורתית המבוססת על אור.

"אם החלקיק הכבד הזה קיים, הוא היה מחבר בהכרח את החומר הנראה, שאנו מכירים ושלמדנו בפירוט, עם מרכיבי החומר האפל, בהנחה שהחומר האפל מורכב מפרמיונים בסיסיים החיים במימד הנוסף, הסבירו הפיזיקאים. "זה לא רעיון מופרך, מכיוון שאנו יודעים שחומר רגיל עשוי פרמיונים וכי אם מימד נוסף זה קיים, סביר להניח שהם יתפשטו אליו", הם ציינו.


מודלים של החלקיק ההיפותטי לא סתרו את הנתונים הנסיוניים שהתגלו בתצפיות אמיתיות של כמות החומר האפל ביקום. ההסכמה הכללית הזו עם עדויות אמפיריות, יחד עם העבודה המתמטית הנרחבת במחקר, מדגימה שהחלקיק יכול להיות "שליח אפשרי חדש לסקטור האפל", אמרו החוקרים.


"לכן, אישור קיומו של חלקיק סקלרי חדש כזה יפתח נתיב מרגש לקראת גילוי אפשרי של החומר האפל", אמר הצוות. "ביחוד, זה ייתן לנו מידע שימושי מאוד על טווח המסה האפשרי של חומר אפל ועל יחסי הגומלין שלו עם החלקיקים שאנו מכירים."


כעת, כאשר למדענים יש קצה חוט לחלקיק ההיפותטי הזה ולמימד החמישי שלו, עליהם לחפש אותו. בסופו של דבר, בהיגס בוזון הבחינו בעזרת מאיץ ה-LHC בסרן בשנת 2012, הישג שזכה בפרס נובל לפיזיקה. עם זאת, ה-LHC לא יצויד לחיפוש אחר החלקיק המוצע במחקר החדש, מכיוון שהוא יהיה כבד מכדי שייווצר במתקן הנוכחי.


למרות שהחלקיק עשוי להיות מזוהה בדור חדש של מאיצים מוצעים, כמו המאיץ הליניארי הבינלאומי (International Linear Collider), המאיץ הקומפקטי קווי (CLIC), והמאיץ המעגלי העתידי, החוקרים אמרו כי "בשל המסה הגדולה שלו הסיכויים לגילוי ישיר כזה נראים מאתגרים מאוד אפילו באנרגיות הגבוהות הנדונות עבור מכונה כזו (100TeV)."

למרות זאת, החוקרים מאמינים שהחלקיק יכול להיות מזוהה בצורה עקיפה יותר, כמו באמצעות תצפית על גלי כבידה, שהם אדוות במרחב-זמן. "אפשרות אחרת, שעדיין לא חקרנו, היא שחלקיק חדש זה יכול למלא תפקיד חשוב בהיסטוריה הקוסמולוגית של היקום, ועשוי לייצר גלי כבידה שניתן לחפש באמצעות גלאי גלי כבידה עתידיים", הוסיפו החוקרים.


מחקרים עתידיים על החומר האפל גם יכולים לסייע בהגבלת ההסתברות לקיומו של החלקיק, ולכן הצוות אופטימי שקונספט המימד החמישי שלהם יתפתח לצד ההתקדמות בפיזיקת החלקיקים והקוסמולוגיה. מעבר להשלכותיו על הבנת החומר האפל, החלקיק, אם הוא קיים, יכול לשפוך אור על דילמות מדעיות ארוכות שנים כמו 'חידת הטעם' (flavor puzzle) או 'בעיית ההיררכיה' (hierarchy problem), תוך פתיחת חלון חדש ליקום המוקדם.


"אפשר היה לחקור את התפקיד הפוטנציאלי שמילא החלקיק הסקלרי החדש בייצוב המימד הנוסף", אמר הצוות. "זה יכול בסופו של דבר להוביל להיסטוריה קוסמולוגית מעניינת של היקום ועלול להוביל לייצור של גלי כבידה. זהו קו מחקרי מעניין, שאנו מתכננים לעקוב אחריו בחודשים הבאים."


"אפשר גם לנסות למצוא דרכים חדשות לחקור את החלקיק הזה במאיצים עתידיים", סיכמו החוקרים. "כפי שאתם יכולים לראות, יש הרבה דברים שאפשר לחשוב עליהם!"


218 צפיות0 תגובות

צור קשר

ישראל-Q

info@q-israel.com

  • YouTube
  • Facebook