به نظر می‌رسد هر کهکشان جرم بسیار بیشتری نسبت به آنچه تلسکوپ‌ها می‌توانند رصد کنند، در خود جای داده است. بر اساس نظریه‌ای که در دانشگاه شفیلد (University of Sheffield) توسعه یافته، این ماده نامرئی که با نام ماده تاریک شناخته می‌شود، ممکن است با یک بعد پنهان پنجم در ارتباط باشد؛ بعدی که هندسه آن به‌طور طبیعی به نحوه رفتار ذرات ماده تاریک شکل می‌دهد.
ماده تاریک دهه‌هاست که هم ذهن فیزیک‌دانان و هم دنیای علمی-تخیلی را به خود مشغول کرده است؛ از داستان‌هایی درباره گرداب‌های نابودکننده سیارات در مجموعه پیشتازان فضا (Star Trek) گرفته تا «گرد و غبار» (Dust) که جهان‌های موازی را در سه‌گانه فانتزی نیروی اهریمنی‌اش (His Dark Materials) اثر فیلیپ پولمن زنده نگه می‌دارد.
در کیهان‌شناسی واقعی، ماده تاریک همچنان یکی از عمیق‌ترین پرسش‌های حل‌نشده در علم فیزیک است. محققان وجود آن را از روی اثرات گرانشی قدرتمندش — که به انسجام و کنار هم ماندن کهکشان‌ها کمک می‌کند — استنباط می‌کنند، اما تاکنون هیچ آزمایشی نتوانسته آن را به طور مستقیم شناسایی کند یا ماهیت و ساختار تشکیل‌دهنده آن را مشخص سازد.
این ایده که ماده تاریک می‌تواند در یک بعد اضافیِ دیده‌نشده جای گرفته باشد، روز به روز توجه بیشتری را به خود جلب می‌کند. اکنون مطالعه‌ای که در نشریه علمی Physical Review D منتشر شده، این احتمال را فراتر برده و چارچوبی را پیشنهاد می‌کند که می‌تواند هم رفتار ماده تاریک و هم مقاومت مداوم آن در برابر شناسایی شدن را توضیح دهد.
یک بعد پنهان، ماده تاریک را هم‌راستا می‌کند!
این مدل، ماده تاریک را در یک بعد اضافی در کنار ذره‌ای حامل نیرو به نام «فوتون تاریک» (Dark Photon) قرار می‌دهد. شکل و هندسه آن بعد اضافی به‌طور طبیعی باعث می‌شود که جرم این دو ذره در یک هم‌راستایی و هماهنگی دقیق قرار بگیرد.
این هم‌راستایی پدیده‌ای به نام «تشدید ماده تاریک» (Dark Matter Resonance) را ایجاد می‌کند؛ اثری که به طور کلی قابل مقایسه با ارتعاش شدیدی است که هنگام نواختن نتِ درست در یک ساز موسیقی ایجاد می‌شود.
دکتر یو-دای تسای (Dr Yu-Dai Tsai)، همکار پژوهشی ارشد انجمن سلطنتی دوروتی هاجکین در دانشگاه شفیلد، در این باره می‌گوید:
از قبل می‌دانستیم که ایده تشدید ماده تاریک، ایده‌ای بسیار قدرتمند است و این پتانسیل را دارد که درک ما را از نحوه تولید ماده تاریک در جهان اولیه و همچنین چگونگی جستجوی آن در امروز تغییر دهد.
اما بسیاری از مدل‌های رزونانسی قبلی، این تشدید را به عنوان یک فرض اولیه در نظر می‌گرفتند. این کار پژوهشی، یک ریشه احتمالی و عمیق‌تر برای آن ارائه می‌دهد: این تشدید ممکن است مستقیماً از هندسه ابعاد پنهان نشأت گرفته باشد.
این تشدید می‌تواند برهم‌کنش‌های ماده تاریک را در دوره‌های حیاتی تاریخ کیهانی، مانند جهان اولیه، بسیار قوی‌تر کند. نکته کلیدی اینجاست که این مدل اجازه می‌دهد این برهم‌کنش‌های قوی در گذشته وجود داشته باشند، در حالی که هم‌زمان توضیح می‌دهد چرا ماده تاریک امروزه این‌قدر بی‌اثر، خنثی و سخت برای شناسایی به نظر می‌رسد.
جایگزینی هندسه به جای تنظیمات دستی و مصنوعی
فیزیک‌دانان پیش از این پدیده تشدید ماده تاریک و ابعاد اضافی را به عنوان دو ایده مجزا مطالعه کرده بودند. با این حال، آن مدل‌های قدیمی‌تر اغلب به این نیاز داشتند که جرم ذرات با دقت بسیار بالا تنظیم شود یا قبل از اینکه قوانین فیزیکی پایه کار کنند، این جرم‌ها به صورت «دستی و مصنوعی» چیده شوند.
در مقابل، مدل دانشگاه شفیلد نشان می‌دهد که این هم‌راستایی نزدیک، ممکن است به طور طبیعی از ساختار ریاضیاتی بعد اضافی سرچشمه گرفته باشد، نه از یک تصادفِ تحمیل‌شده.
دکتر یو-دای تسای اضافه کرد:
درک ماده تاریک نشان‌دهنده یک پیشرفت عمیق در دانش بشریت درباره کیهان و ساختار تشکیل‌دهنده آن خواهد بود.
تحقیق ما اهداف مشخص و جدیدی را در مسیر جستجوی ماده تاریک پیش روی فیزیک‌دانان می‌گذارد و در عین حال، دو مورد از بزرگ‌ترین ایده‌ها در فیزیک بنیادی را به هم پیوند می‌دهد: راز ماده تاریک و وجود ابعاد پنهان.
دستاوردهای فراتر از کیهان‌شناسی
جستجو برای یافتن ماده تاریک می‌تواند مزایای کاربردی فراوانی فراتر از علم کیهان‌شناسی به همراه داشته باشد. فناوری‌های توسعه‌یافته برای این آزمایش‌ها، از جمله آشکارسازهای فوق‌حساس، دانش کرایوژنیک (سرمایه‌شناسی)، قطعات الکترونیکی کم‌نویز و سیستم‌های اندازه‌گیری کوانتومی، می‌توانند به پیشرفت‌هایی در زمینه‌های پزشکی، محاسبات (کامپیوتر) و ارتباطات جهانی کمک کنند.
منبع: Scitechdaily
