اشارة الى فيزياء جديدة في الإشعاع المستقطب من بدايات الكون

الفيزياء

طور علماء الفلك طريقة جديدة لمعايرة أجهزة الكشف عن الضوء المنبعث من الغبار في مجرتنا ، وبالتالي وصف فيزياء جديدة ، بدقة تصل إلى 99.2٪ .

باستخدام بيانات بلانك من إشعاع الميكروويف من الخلفية الكونية ، لاحظ فريق دولي من الباحثين اشارة للفيزياء الجديدة. طور الفريق طريقة جديدة لقياس زاوية استقطاب الضوء القديم من خلال معايرتها بانبعاثات الغبار من مجرتنا درب التبانة.

في حين أن الإشارة لا يتم الكشف عنها بدقة كافية لاستخلاص استنتاجات محددة ، إلا أنها قد تشير إلى أن المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة تسبب انتهاكًا لما يسمى "تناظر التكافؤ" ((parity symmetry.

يُعتقد أن قوانين الفيزياء التي تحكم الكون لا تتغير عند قلبها كما في المرآة. على سبيل المثال ، تعمل الكهرومغناطيسية بنفس الطريقة بغض النظر عما إذا كنت في النظام الأصلي ، أو في نظام معكوس حيث تم قلب جميع الإحداثيات المكانية.

إذا تم انتهاك هذا التناظر ، المسمى "التكافؤ" ، فقد يحمل المفتاح لفهم الطبيعة المراوغة للمادة المظلمة والطاقة المظلمة ، والتي تشغل 25 و 70 في المائة من ميزانية الطاقة في الكون اليوم ، على التوالي. بينما كلا المكونين مظلمين ، فإن لهذين المكونين تأثيرات معاكسة على تطور الكون: المادة المظلمة تجتذب ، بينما الطاقة المظلمة تتسبب في تمدد الكون بشكل أسرع.

دراسة جديدة ، تضم باحثين من معهد الجسيمات والدراسات النووية (IPNS) في منظمة أبحاث تسريع الطاقة العالية (KEK) ، ومعهد كافلي للفيزياء والرياضيات في الكون (Kavli IPMU) بجامعة طوكيو ، و تقرير معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية (MPA) ، عن تلميح محير للفيزياء الجديدة - بمستوى ثقة 99.2 في المائة - ينتهك تناظر التكافؤ.

نُشرت النتائج التي توصلوا إليها في مجلة Physical Review Letters في 23 نوفمبر 2020.

تم العثور على تلميح لانتهاك تناظر التكافؤ في إشعاع الميكروويف من الخلفية الكونية ، الضوء المتبقي من الانفجار العظيم. المفتاح هو الضوء المستقطب لخلفية الميكروويف الكونية. الضوء عبارة عن انتشار موجة كهرومغناطيسية. عندما تتكون من موجات تتأرجح في اتجاه مفضل ، يسميها علماء الفيزياء "مستقطبة". ينشأ الاستقطاب عندما يتشتت الضوء.

ضوء الشمس ، على سبيل المثال ، يتكون من موجات لها جميع الاتجاهات المتذبذبة الممكنة ؛ وبالتالي ، فهي ليست مستقطبة. وفي الوقت نفسه ، يكون ضوء قوس قزح مستقطبًا لأن ضوء الشمس ينتشر بواسطة قطرات الماء في الغلاف الجوي. وبالمثل ، فإن ضوء الخلفية الكونية الميكروية أصبح مستقطبًا في البداية عندما تشتت الإلكترونات بعد 400,000 سنة من الانفجار العظيم. نظرًا لأن هذا الضوء ينتقل عبر الكون لمدة 13.8 مليار سنة ، فإن تفاعل الخلفية الميكروية الكونية مع المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة يمكن أن يتسبب في دوران مستوى الاستقطاب بزاوية.

يشير Yuto Minami ، زميل ما بعد الدكتوراه في IPNS ، KEK ، إلى أنه "إذا تفاعلت المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة مع ضوء الخلفية الكونية الميكروية بطريقة تنتهك تناظر التكافؤ ، فيمكننا العثور على أثرها في بيانات الاستقطاب".

لقياس زاوية الدوران ، احتاج العلماء إلى كاشفات حساسة للاستقطاب ، مثل تلك الموجودة على متن القمر الصناعي Planck التابع لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، اذ كانوا بحاجة إلى معرفة كيفية توجيه أجهزة الكشف الحساسة للاستقطاب بالنسبة إلى السماء. إذا لم تكن هذه المعلومات معروفة بدقة كافية ، فسيبدو أن مستوى الاستقطاب المقاس يتم تدويره بشكل مصطنع ، مما يؤدي إلى إنشاء إشارة خاطئة.

في الماضي ، كانت حالات عدم اليقين بشأن الدوران الاصطناعي الذي أدخلته أجهزة الكشف نفسها تحد من دقة قياس زاوية الاستقطاب الكوني.

قال مينامي: "لقد طورنا طريقة جديدة لتحديد الدوران الاصطناعي باستخدام الضوء المستقطب المنبعث من الغبار في مجرتنا درب التبانة". "بهذه الطريقة ، حققنا دقة تبلغ ضعف دقة العمل السابق ، وتمكننا أخيرًا من قياس (زاوية الاستقطاب)."

المسافة التي يقطعها الضوء من الغبار داخل مجرة درب التبانة أقصر بكثير من المسافة التي يقطعها الضوء من الخلفية الكونية الميكروية. هذا يعني أن انبعاث الغبار لا يتأثر بالمادة المظلمة أو الطاقة المظلمة ، أي (زاوية الاستقطاب) موجودة فقط في ضوء الخلفية الكونية الميكروية ، بينما يؤثر الدوران الاصطناعي على كليهما. يمكن بالتالي استخدام الفرق في زاوية الاستقطاب المقاسة بين كلا مصدري الضوء لقياس (الزاوية).

طبق فريق البحث الطريقة الجديدة لقياس (الزاوية) من بيانات الاستقطاب المأخوذة من القمر الصناعي بلانك. وجدوا تلميحًا لانتهاك تناظر التكافؤ بمستوى ثقة 99.2 بالمائة. للمطالبة باكتشاف فيزياء جديدة ، يلزم وجود أهمية إحصائية أكبر بكثير ، أو مستوى ثقة يبلغ 99.99995٪.

قال Eiichiro Komatsu ، مدير MPA والباحث الرئيسي في Kavli IPMU: "من الواضح أننا لم نعثر على دليل قاطع للفيزياء الجديدة حتى الآن ؛ هناك حاجة إلى أهمية إحصائية أعلى لتأكيد هذه الإشارة. لكننا متحمسون اذ سمحت لنا الطريقة أخيرًا بإجراء هذا القياس "المستحيل" ، والذي قد يشير إلى فيزياء جديدة ".

لتأكيد هذه الإشارة ، يمكن تطبيق الطريقة الجديدة على أي من التجارب الحالية والمستقبلية التي تقيس استقطاب خلفية الميكروويف الكونية ، مثل Simons Array و LiteBIRD ، حيث يشارك كل من KEK و Kavli IPMU.

المصدر