به گزارش آماج، دانشمندان شاید سرانجام توضیحی برای یکی از عجیبترین ذرات نوری پیدا کرده باشند که تاکنون از اعماق کیهان به زمین رسیده است. این فوتون فوقپرانرژی در سال ۲۰۲۲ و پس از یک انفجار عظیم پرتو گاما در فاصله حدود ۲ میلیارد سال نوری از زمین شناسایی شد؛ اما انرژی آن به اندازهای زیاد بود که طبق فیزیک استاندارد، نباید میتوانست مسیر طولانی خود تا زمین را طی کند.
فوتونی که نباید به زمین میرسید
منشأ این فوتون یک انفجار عظیم پرتو گاما بود که دانشمندان آن را با نام BOAT، مخفف «درخشانترین انفجار تمام دوران»، میشناسند. این رویداد کیهانی در ۹ اکتبر ۲۰۲۲ توجه اخترشناسان را به خود جلب کرد.
در میان پرتوهای نوری که از این انفجار به زمین رسیدند، یک فوتون ویژگی بسیار متفاوتی داشت. آشکارساز پرتوهای کیهانی فوقپرانرژی «Carpet» در روسیه، فوتونی با انرژی حدود ۳۰۰ تریلیون الکترونولت شناسایی کرد؛ انرژیای که بسیار فراتر از توان شتابدهندههای ذرات روی زمین، از جمله برخورددهنده بزرگ هادرونی، است.
اما مسئله اصلی فقط انرژی فوقالعاده زیاد این فوتون نبود. طبق مدلهای متعارف فیزیک، فوتونی با چنین انرژیای باید در مسیر خود با نور پسزمینه مایکروویو کیهانی برخورد میکرد و پیش از رسیدن به زمین از بین میرفت.
راز بقا؛ ذرات فرضی اکسیونمانند
در پژوهشی جدید که در مجله Physical Review Letters منتشر شده، دو فیزیکدان پیشنهاد کردهاند که پاسخ این معما ممکن است به ذرات فرضی موسوم به ذرات اکسیونمانند مربوط باشد.
اکسیونها و ذرات شبیه به آنها ذرات بسیار سبک و فرضی هستند که در برخی نظریههای فیزیک فراتر از مدل استاندارد مطرح شدهاند. پژوهشگران میگویند در شرایط خاص، ترکیب این ذرات با فوتونهای بسیار پرانرژی میتواند به آنها اجازه دهد رفتاری متفاوت از حالت معمول داشته باشند.
بر اساس این سناریو، بخشی از مسیر فوتون میتواند به شکلی طی شود که احتمال نابودی آن در برخورد با نور پسزمینه کیهانی کاهش پیدا کند. به بیان سادهتر، این سازوکار فرضی میتواند نوعی «مسیر سریع کیهانی» برای فوتونهای فوقپرانرژی ایجاد کند.
تأخیر یکساعته؛ سرنخی که نظریه را جذابتر میکند
یکی از نکات جالب این نظریه، پیشبینی قابل آزمایش آن است. اگر این توضیح درست باشد، فوتون فوقپرانرژی نباید همزمان با فوتونهای کمانرژیتر ناشی از همان انفجار به زمین رسیده باشد؛ بلکه باید حدود یک ساعت دیرتر شناسایی شده باشد.
این پیشبینی با یک مشاهده واقعی نیز همخوانی دارد. یک رصدخانه در چین، فوتونهایی با انرژی کمتر را حدود یک ساعت پیش از شناسایی فوتون فوقپرانرژی توسط آشکارساز روسی ثبت کرده بود.
البته این همزمانی بهتنهایی نظریه را اثبات نمیکند، اما میتواند سرنخ مهمی برای آزمایشهای آینده باشد.
آیا این کشف میتواند فیزیک را تغییر دهد؟
مارکو رونکادلی، اخترشناس مؤسسه ملی فیزیک هستهای ایتالیا و یکی از نویسندگان پژوهش، میگوید جذابترین بخش این مطالعه، پیوند دادن دو ایدهای است که پیش از این جدا از یکدیگر بررسی میشدند.
او معتقد است اگر رصدهای آینده این سناریو را تأیید کنند، کیهان میتواند به آزمایشگاهی طبیعی برای بررسی گرانش کوانتومی در انرژیهایی تبدیل شود که هیچ شتابدهنده ساختهشده روی زمین توان دستیابی به آنها را ندارد.
یک فرضیه جذاب، اما هنوز اثباتنشده
با وجود جذابیت این توضیح، دانشمندان هنوز نمیتوانند با اطمینان بگویند ذرات اکسیونمانند واقعاً مسئول عبور این فوتون از فاصله چند میلیارد سال نوری بودهاند. این ایده همچنان یک فرضیه نظری است و به شواهد رصدی بیشتری نیاز دارد.
اگر آشکارسازهای نسل آینده بتوانند فوتونهای فوقپرانرژی مشابهی را از انفجارهای پرتو گاما شناسایی کنند و الگوی تأخیر پیشبینیشده را نیز مشاهده کنند، امکان آزمایش دقیقتر این نظریه فراهم خواهد شد.
در این صورت، یک فوتون عجیب که زمانی تصور میشد نباید اصلاً به زمین میرسید، میتواند به پنجرهای تازه برای مطالعه بنیادیترین قوانین طبیعت تبدیل شود. برای دنبال کردن تازهترین خبرهای نجوم و فیزیک، به آماج مراجعه کنید.
