آشکارسازی سیگنالی مرموز

آشکارسازی سیگنالی مرموز توسط یک کاوشگر که فیزیکدانان توضیحی برای آن ندارند

یکی از راه‌های مطرح برای آشکار‌سازی غیر مستقیم ماده‌ی تاریک، آشکار‌سازی پرتو‌ها‌ی کیهانی است؛ اما چگونه و با چه شرایطی؟

آشکارسازی سیگنالی مرموز
علم فیزیک – آشکارسازی سیگنالی مرموز

در میان پیشرفت‌ها‌ی بی‌پایان مکانیک کوانتومی در فیزیک و دستاورد‌های دانشمندان اروپایی و آمریکایی در زمینه‌ی ماده‌ی تاریک، چین در تلاش است تا فاصله‌ی علمی و تحقیقاتی بین خود و کشور‌ها‌ی مطرح جهان را کم کند. یک پروژه‌ی تحقیقاتی فضایی چینی، نشانه‌ها‌ی خوبی از ماده‌ی تاریک پیدا کرده است. با اینکه آشکار‌سازی مستقیمی انجام نشده؛ اما این اولین باری است که داده‌ها‌یی از ماده‌ی تاریک توسط اولین پروژه‌ی تحقیقاتی چین در این مورد به دست می‌آید. این پروژه تنها برای دست‌یابی به نتایج اختر‌فیزیکی انجام شده است.

آشکار‌سازی ماده‌ی تاریک موضوعی است که قرن‌ها فکر اختر‌فیزیک‌دانان را به خود مشغول کرده. برای اولین بار ستاره‌شناس سوئیسی، فریتس زوییکی، متوجه شد که جرم تمامی ذرات تشکیل‌دهنده‌ی یک خوشه‌ی کهکشانی، تنها یک درصد جرمی است که برای تأثیرات گرانشی اجزای این خوشه بر یکدیگر لازم است. یعنی برای جلوگیری از پاشیده شدن اجزای خوشه از یکدیگر، جرمی بسیار بیشتر از جرم دیده‌شده لازم است. دانشمندان از همین تأثیرات گرانشی که لازمه‌ی وجود کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی است، نتیجه گرفته‌اند که ماده‌ی تاریک وجود دارد.

آشکارسازی سیگنالی مرموز
علم فیزیک – آشکارسازی سیگنالی مرموز

کاوشگر چینی به نام کاشف ذرات ماده‌ی تاریک (DAMPE)، برای آشکار‌سازی سیگنا‌ل‌ها‌یی از این ماده‌ی تاریک فرضی طراحی شده است. ذرات ماده‌ی تاریک به‌عنوان ذرات جرم‌دار ضعیف برهم‌کنش کننده (WIMP) شناخته می‌شوند. کاوشگر DAMPE در دسامبر ۲۰۱۵، در صحرای گوبی واقع در ۱۶۰۰ کیلومتری غرب پکن، توسط ماهواره‌ جیوکوان پرتاب شد. ابزار اولیه‌ی این کاوشگر، یک ماهواره‌ی کوچک مجهز به آشکار‌سازی است که می‌تواند در یک جهت خاص داده جمع‌آوری و آن‌ها را ترکیب کند. این آشکار‌ساز همچنین می‌تواند پارامتر‌ها‌یی از ذرات تابش‌ها‌ی کیهانی مانند انرژی، جهت حرکت و بار الکتریکی را اندازه‌گیری کند.

نیروی حاصل از تاریکی کیهانی

منشأ تابش‌ها‌ی کیهانی، پدیده‌ها‌ی اختر‌فیزیکی هستند که احتمال رخ دادن آن‌ها بسیار زیاد است و همیشه در دسترس هستند. مانند انفجار‌ها‌ی ابرنو‌اختری که در هر ثانیه در گوشه‌ای از کهکشان اتفاق می‌افتند. با این وجود، اگر واقعا ماده‌ی تاریک از ذرات ضعیف بر‌هم‌کنش کننده تشکیل شده باشد، این ذرات باید هر چند وقت یکدیگر را نابود کنند و به زوج الکترون‌-پوزیترون (پاد‌ماده‌ی الکترون) تبدیل شوند. سپس این زوج‌ها‌ی الکترون‌-پوزیترون تولیدشده، می‌توانند به‌عنوان موادی اضافه بر مواد تولیدشده توسط پدیده‌ها‌ی اختر‌فیزیکی، خود را نشان دهند و آشکار‌سازی شوند.

کاوشگر DAMPE، در ۵۳۰ روز اول کار خود توانست ۱.۵ میلیون جفت الکترون‌-پوزیترون بالای حد آستانه‌ی انرژی معمول را آشکار‌ کند. دانشمندان معمولا انتظار دارند که یک خمیدگی ملایم از ذرات نسبت به انرژی ببینید؛ اما آزمایش‌ها‌ی اخیر نشان می‌دهند که ناهجاری شدیدی در این منحنی دیده می‌شود. اهممیت این داده‌ها از جهتی است که این ناهجاری‌ها را تأیید می‌کند. به گفته‌ی چانگ جین، رهبر مؤسسه‌ی علوم چین (PMO):

این می‌تواند نشانه‌ای از وجود ماده‌ی تاریک باشد. همچنین ناهنجاری‌ها‌ی شکل‌گرفته در انرژی می‌تواند یک منبع دیگر برای پرتو‌ها‌ی کیهانی ایجاد کند. 

آشکارسازی سیگنالی مرموز
علم فیزیک – آشکارسازی سیگنالی مرموز

جین در گزارش دیگری گفت:

ناهنجاری‌ها‌ی بسیار شدیدی در مقیاس انرژی‌ها‌ی بالا دیده می‌شود؛ به‌صورتی که انرژی دائما بالا و پایین می‌شود. این مشاهدات، با علم فیزیک امروز قابل توجیه و توضیح نیست.

او همچنین به این نکته اشاره کرد که کاوشگر DAMPE برای یک پروژه‌ی سه ساله انتخاب شده بود که به‌ لطف سرعت کم در عملکرد فضا‌پیما و دستگاه‌ها‌ی مربوط به آن، پروژه پنج سال طول می‌کشد. 

با توجه به گزارش مجله‌ی Science و گفته‌ها‌ی اختر‌فیزیک‌دان دانشگاه پرینستون، دیوید اسپرگل، با اینکه هیچ ضمانتی وجود ندارد که DAMPE بتواند معما‌ی ماده‌ی تاریک را حل کند، این پروژه‌ی چینی برای حل معما‌ی ماده‌ی تاریک می‌تواند اطلاعات زیادی درباره‌ی تابش‌ها‌ی کیهانی، ابرنو‌اختر‌ها و پالسار‌ها به ما بدهد.

آشکارسازی سیگنالی مرموز ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک

منبع : زومیت

پایش دقیق‌تر دی‌اکسیدکربن

پایش دقیق‌تر دی‌اکسیدکربن با ماهواره‌ها در محاسبات جدید

چگونگی جذب نورهای رنگی مختلف توسط دی‌اکسیدکربن می‌تواند به اقلیم‌شناسان کمک کند با یک روش محاسباتی جدید به کمک ماهواره‌های فضایی به پایش دی‌اکسیدکربن جو بپردازند.

پایش دقیق‌تر دی‌اکسیدکربن
علم فیزیک – پایش دقیق‌تر دی‌اکسیدکربن

به گزارش سرویس علمی ایسنا منطقه خراسان، تیمی از دانشمندان به رهبری کالج دانشگاهی لندن، محاسبات جدیدی را ایجاد کرده‌اند که می‌تواند به دقت چگونگی جذب نور رنگهای مختلف را با دی‌اکسیدکربن پیش‌بینی کند.

این امر به دانشمندان هواشناسی در بررسی انتشارات گازهای گلخانه به منظور تعبیر بهتر اطلاعات بدست آمده از ماهواره‌ها و ایستگاههای زمینی سنجش دی‌اکسیدکربن کمک خواهد کرد.

به عبارت دیگر، این محاسبات، نظارت بر دی‌اکسیدکربن از فضا را ارتقا خواهد بخشید. چنین سنجش‌هایی در تحقیقات تغییرات آب‌وهوایی از اهمیت بسیاری برخوردارند. با بهبود درک محققان از میزان جذب تشعشعات توسط دی‌اکسیدکربن، عدم اطمینان‌ در مدلسازی تغییرات اقلیمی کاهش می‌یابد و درخصوص این‌که در طول چند دهه‌ آینده زمین چه اندازه در حال گرم شدن است پیش‌بینی‌های درست‌تری به دست دهد.

این تحقیق توسط دانشمندان کالج دانشگاهی لندن، دانشگاه علوم روسیه، موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا و دانشگاه نیکولاس کوپرنیک لهستان انجام شده و نشان می‌دهد که قوانین پایه‌ای مکانیک کوانتوم چگونه به پیش‌بینی دقیق میزان جذب نورهای مختلف توسط دی‌اکسیدکربن کمک می‌کند.

محققان از محاسبات مبتنی بر معادلات مکانیک کوانتومی برای پیش‌بینی چگونگی جذب نور رنگهای مختلف توسط مولکول گاز دی‌اکسید کربن استفاده کردند. آنها همچنین از رایانه‌های قدرتمند برای انجام این پیش‌بینی‌ها بهره بردند که پس از آن با استفاده از سنجش‌های دقیق بدست آمده با روش بسیار حساس (CRDS) تائید شدند.

اگرچه این معادلات مکانیک کوانتومی از مدتها قبل و پیش از تهیه این محاسبات دقیق وجود داشتند، با این حال، بدون فناوری‌های مدرن امکان استفاده از آنها برای این کار وجود نداشت.

ترکیبی از رایانه‌های مدرن و روشهای بدیع حل مشکل به این معنی است که در حال حاضر دانشمندان می‌توانند از نظریه کوانتوم برای محاسبه قدرت جذب نور در هر طول موج توسط دی‌اکسید کربن استفاده کنند.

این کشف به دانشمندان کمک می‌کند از چگونگی کارکرد دی‌اکسیدکربن در جو مطلع شده و به طور دقیق منابع انتشار این گاز را تشخیص دهند که این امری حیاتی در پیش‌بینی وضعیت آینده زمین است.

پایش دقیق‌تر دی‌اکسیدکربن ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک