پژوهشگران احتمالاً نخستين نشانه هاي يك ذره ماده تاريك (Dark Matter) را پيدا كرده اند؛ اتفاقي كه اگر درستي آن به اثبات برسد، به يكي از بزرگ ترين و ماندگارترين دستاوردهاي تاريخ فيزيك تبديل خواهد شد.
ماده تاريك نزديك به 85 درصد از كل ماده جهان را تشكيل مي دهد، اما فيزيكدانان دهه هاست كه نمي دانند جنس آن دقيقاً از چيست. نظريه هاي مختلفي از ذرات و نيروهاي ناشناخته گرفته تا رفتار عجيب نيروي جاذبه مطرح شده بود، اما مهم ترين فرضيه دانشمندان، وجود ذره اي به نام ويمپ است كه برهم كنش بسيار ضعيفي با مواد دارد. سال ها ساخت آشكارسازهاي بسيار نيرومند و بي نتيجه ماندن جستجوها براي يافتن اين ذرات، سبب شده بود بسياري از كارشناسان به وجود ويمپ ها شك كنند و به سراغ ايده هاي عجيب تري بروند.
اكنون به نظر مي رسد اين دوره از شك و ترديد رو به پايان است. بررسي دقيق تر اطلاعات به دست آمده از آزمايش LUX-ZEPLIN (يا به اختصار LZ) در ايالت داكوتاي جنوبي، ذره اي واحد را آشكار كرده كه شايد نخستين ويمپ مشاهده شده در تاريخ باشد. جي جي فن از دانشگاه براون در رود آيلند كه خود عضوي از اين تيم نبوده، اين نتيجه را بسيار هيجان انگيز مي داند؛ زيرا به جاي نشان دادن مواردي كه ماده تاريك نيستند، يك نشانه مثبت و عيني از ماهيت واقعي آن پيش روي ما مي گذارد.
آزمايش لوكس-زپلين براي به دام انداختن ماده تاريك از يك مخزن بزرگ 7 تني حاوي گاز مايع شده زنون استفاده مي كند. براي آنكه امواج و ذرات متفرقه محيطي، مزاحمتي براي آزمايش ايجاد نكنند، اين تانك با لايه هاي محافظتي ضخيم پوشانده شده و در عمق بيش از يك كيلومتري زير زمين قرار گرفته است. كاركرد سيستم به اين صورت است كه هرگاه يك ذره ناشناخته از بيرون با اتم زنون برخورد كند، جرقه اي بسيار ناچيز از نور به وجود مي آيد. سپس حسگرهاي دقيق اطراف مخزن اين نور را ثبت مي كنند و دانشمندان براساس مشخصات آن، مسير حركت ذره و ميزان انرژي برخوردش را بازسازي مي كنند.
شكار احتمالي ذره ماده تاريك در آزمايشگاهبه گفته ريچارد گيتسكل، سخنگوي آزمايش لوكس-زپلين از دانشگاه براون، فيزيكدان ها همواره به دنبال برخوردهايي با انرژي ملايم يعني زير 30 كيلوالكترون ولت (keV) بوده اند. در اين حالت ساده، تصور مي شد ذره ماده تاريك مانند يك توپ فقط به يكي از اجزاي هسته اتم زنون (پروتون يا نوترون) برخورد مي كند و برمي گردد. اما پژوهشگران پس از آنكه در اين دامنه هيچ اثري پيدا نكردند، دست به بررسي دوباره داده هاي 220 روز اول آزمايش زدند تا اين بار برخوردهاي با انرژي هاي بسيار بالاتر را بررسي كنند.
همين تصميم هوشمندانه باعث شد كانديداي ماده تاريك در محدوده انرژي نزديك به 248 كيلوالكترون ولت كشف شود. گيتسكل اشاره مي كند كه نبايد فرض كنيم طبيعت هميشه ساده ترين راه را انتخاب مي كند، زيرا جهان لزوماً طبق ساده ترين تصورات ما رفتار نمي كند. چنين انرژي بالايي نشان مي دهد ماجرا يك برخورد ساده نبوده؛ بلكه ذره ويمپ با كل هسته اتم زنون ارتباطي پيچيده تر برقرار كرده است. اگر اين فرض درست باشد، اين ذره بايد بسيار سنگين باشد و جرمي بيش از 200 برابر يك پروتون داشته باشد.
ويك هكستون از دانشگاه كاليفرنيا در بركلي معتقد است پژوهشگران علاوه بر مشاهده ردپا، سرنخي از نحوه رخ دادن اين پديده را هم به دست آورده اند كه در صورت تأييد نهايي، مسير يادگيري بشر را به شكل جهشي به پيش خواهد راند. رصد قطعي ماده تاريك مي تواند پرده از عميق ترين اسرار كيهان از جمله روزگار آغازين پيدايش جهان بردارد و مدل استاندارد فيزيك ذرات را دگرگون كند.
بااين حال، اين نتيجه هنوز 100 درصد قطعي نيست. در دنياي فيزيك، براي آنكه يك رويداد به عنوان يك كشف حتمي پذيرفته شود، بايد به سطح اطمينان آماري 5 سيگما برسد؛ يعني احتمال خطاي تصادفي در آن كمتر از يك در 3.5 ميليون باشد. اما يافته كنوني لوكس-زپلين در سطح 2٫6 سيگما قرار دارد؛ يعني شانس تصادفي يا ساختگي بودن اين سيگنال يك در 200 است. هرچند اين نسبت اميدبخش است، ولي در دنياي فيزيك ذرات كه آزمايش ها مدام تكرار مي شوند، احتمال يك در 200 شانس كمي براي بروز خطا به حساب نمي آيد. باوجوداين، دانشمندان اكنون دقيقاً مي دانند بايد چه نقطه اي را آزمايش كنند.
