هل المادة المظلمة مصنوعة من “كرات فيرمي” التي تم تشكيلها في الانفجار العظيم؟

بالعربي/ ربما تكون المادة الغامضة قد أتت من أكياس كمية انقضت معًا في بدايات الكون.

المادة المظلمة – المادة الغامضة التي تمارس الجاذبية ولكنها لا تتفاعل مع الضوء – قد تكون مصنوعة من ثقوب سوداء صغيرة تتخلل الكون. ووفقًا لنظرية جديدة ، ربما تكون هذه الثقوب السوداء قد صنعت من كرات فيرمي ، أو “أكياس” كمية من الجسيمات دون الذرية المعروفة باسم الفرميونات التي تم صقلها معًا في جيوب كثيفة خلال طفولة الكون.

يمكن أن تفسر النظرية سبب سيطرة المادة المظلمة على الكون.

“وجدنا أنه في بعض الحالات ، تكون كرات Fermi شديدة الكثافة بحيث تكون الفرميونات قريبة جدًا من بعضها البعض ، مما يؤدي إلى انهيار كرة Fermi [في] إلى ثقب أسود” ، هكذا قال Ke-Pan Xie ، الباحث في المركز للفيزياء النظرية في جامعة سيول الوطنية في كوريا الجنوبية ، وفقًا لـ Live Science.

ابتكر Xie والمتعاون Kiyoharu Kawana ، أيضًا من مركز الفيزياء النظرية ، سيناريو جديدًا لشرح كيفية سيطرة المادة المظلمة على الكون: في خضم تحول مذهل عندما كان الكون أقل من ثانية من العمر ، نوع جديد من الجسيمات محاصرة ، وانهارت إلى نقطة صغيرة تحولت إلى ثقوب سوداء. ثم غمرت تلك الثقوب السوداء الكون ، وقدمت الثقل المطلوب لتفسير المادة المظلمة.

حالة الثقوب السوداء البدائية

لا يستطيع علماء الفلك والفيزياء تفسير المادة المظلمة ، المادة الغامضة التي تشكل أكثر من 80٪ من كتلة كل بنية كبيرة ، من المجرات إلى الشبكة الكونية نفسها ، في الكون.

أحد الاحتمالات المثيرة للاهتمام هو أن المادة المظلمة نشأت من الثقوب السوداء. بعد كل شيء ، الثقوب السوداء ، مثل المادة المظلمة ، لا ينبعث منها ضوء. قال شيه: “كنوع من الأجسام غير المضيئة والمضغوطة ، فإن الثقوب السوداء هي تفسير طبيعي للمادة المظلمة”.

لكن علماء الفلك عرفوا منذ فترة طويلة أن الثقوب السوداء الطبيعية ذات الكتلة النجمية لا تستطيع تفسير المادة المظلمة في الكون. هذا لأنه لم يتم تكوين عدد كافٍ من النجوم في تاريخ الكون لإنشاء ما يكفي من الثقوب السوداء لتفسير المادة المظلمة المعروفة.

لكن اللحظات الأولى من الكون ظهرت فيها بعض الفيزياء المحيرة للعقل. ربما كل ما كان يحدث في ذلك الوقت نتج عنه تريليونات من الثقوب السوداء الأصغر. يمكن أن تستمر هذه الثقوب السوداء حتى يومنا هذا ، مما يحتمل أن يحل لغز المادة المظلمة.

ولكن لشرح المادة المظلمة ، يجب على النظرية أن تصنع عددًا كافيًا من الثقوب السوداء.

كون مزبد

أضاف Xie و Kawana عدة مكونات إلى نموذجهم ، والذي تم وصفه في ورقة نُشرت في يونيو إلى قاعدة بيانات ما قبل الطباعة arXiv . (لم تتم مراجعة الورقة بعد من قبل الأقران). لقد بدأوا بكون صغير جدًا ، حار جدًا ، كثيف جدًا. تسمح هذه الظروف القاسية ببعض العمليات الفيزيائية التي لا تحدث في الظروف العادية للكون الحالي.

المكون الأول هو شيء يسمى المجال القياسي ، وهو كيان ميكانيكي الكم يشمل كل الفضاء. (حقل هيغز المعروف ، الذي يعطي المادة كتلتها ، هو مثال على واحد). مع توسع الكون وتبريده ، خضع هذا المجال القياسي لانتقال طور ، وتحول من حالة ميكانيكية كمومية إلى حالة أخرى.

لم يحدث هذا الانتقال الطوري دفعة واحدة في جميع أنحاء الكون بأسره. بدلاً من ذلك ، كانت هناك بعض النقاط التي بدأ فيها الانتقال ثم انتشر – تمامًا كما تندمج بضع فقاعات في وعاء من الماء المغلي لتشكيل فقاعات أكبر ، كما قال Xie. 

قال شيه: “تسمى هذه العملية بمرحلة انتقالية من الدرجة الأولى: يتم نقل المياه من” المرحلة السائلة “إلى” الطور الغازي “، والأخيرة توجد أولاً على شكل فقاعات متنامية”.

تنتشر حالة المجال القياسي الجديدة ، التي تسمى “الحالة الأرضية” ، من هذه النقاط مثل مجموعة من الفقاعات الآخذة في الفوار. في النهاية ، تندمج الفقاعات تمامًا ، وينتهي الحقل القياسي من انتقاله.

كيف تصنع كرة فيرمي

ولكن لصنع ثقوب سوداء بدائية تبذر المادة المظلمة ، احتاج شي وكوانا إلى مكون آخر. لذلك أضافوا نوعًا جديدًا من الفرميون إلى نموذجهم. الفرميونات هي فئة من الجسيمات التي تشكل اللبنات الأساسية للكون. على سبيل المثال ، الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات التي تشكل الذرات في جسمك كلها فرميونات.الإعلانات

في بداية الكون ، كانت هذه الفرميونات تتحرك بحرية داخل المجال القياسي. ولكن وفقًا للوصفة التي طبخها Xie و Kawana ، لم تستطع هذه الفرميونات اختراق فقاعات الرغوة الصغيرة للحالة الأرضية الجديدة للكون مع استمرار انتقال الطور.

مع نمو الفقاعات ، احتشدت الفرميونات في الجيوب المتبقية ، لتصبح كرات فيرمي. وكان ذلك عندما سارت الأمور بالفعل بالنسبة لهم.

هذا بسبب وجود قوة إضافية ، تُعرف باسم تفاعل Yukawa ، بين الفرميونات ، بسبب نفس الحقل القياسي ، اقترح Xie و Kawana في الورقة. في العادة ، لا تحب الفرميونات أن تكون محشورة في أحجام صغيرة معًا ، لكن الحقل القياسي أضاف قوة جذابة يمكن أن تطغى على هذا التنافر الطبيعي ، كما افترضوا.المحتوى ذي الصلة

على سبيل المثال ، تتكون البروتونات والنيوترونات من جسيمات أصغر تسمى الكواركات. الكواركات هي الفرميونات وعادة ما تكره بعضها البعض ، لكن قوة إضافية ، القوة الشديدة ، تلصقها معًا. يمكن تشكيل هذه القوة على أنها تفاعل Yukawa ، على غرار فيزياء الكون المبكر التي كانت تلعب في نموذج Xie و Kawana.

بمجرد أن ترسخت جاذبية Yukawa ، انتهت اللعبة بالنسبة لكرات Fermi الصغيرة ، وفقًا لنظرية Xie و Kawana. محشورة في جيوب صغيرة لكون سريع التغير ، انهارت كتل الفرميونات بشكل كارثي ، مشكلة أعدادًا ضخمة من الثقوب السوداء.

نجت تلك الثقوب السوداء بعد ذلك حتى نهاية المرحلة الانتقالية ، واستمرت في إغراق الكون كمادة مظلمة.

على الأقل هذه هي الفكرة. إنه اقتراح جذري ، ولكن عندما يتعلق الأمر بفيزياء الكون المبكر – والغموض المحيط بالمادة المظلمة – نحتاج إلى بعض الاقتراحات الجذرية ، جنبًا إلى جنب مع جرعة صحية من الملاحظات ، لإحراز تقدم.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com