تئوری جدید درباره‌ی ماده‌ی تاریک می‌تواند جرم پنهان کیهان را توجیه کند

تصویر سه‌بعدی بالا توزیع ماده‌ی تاریک را در مقیاس بزرگ نشان می‌دهد و این تصویر از اندازه‌گیری با روش همگرایی گرانشی با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل به دست آمده است. دانشمندان آزمایشگاه لورنس لیورمور (Lawrence Livermore) به یک تئوری جدید دست یافته‌اند که تا حدودی علت پنهان ماندن ماده‌ی تاریک را در آزمایش‌های انجام شده در کره‌ی زمین بیان می‌کند.

یک گروه از فیزیک‌دانان زمینه‌ی فیزیک ذرات با نام گروه لتیس استرانگ (Lattice Strong) به سرپرستی تیمی از آزمایشگاه ملی لورنس لیورمور توانسته‌اند یک مدل جدید برای ماده‌ی تاریک بسازند. آنها برای این کار روش‌های محاسباتی و تئوری فیزیک را در ابرکامپیوترهای قدرتمند مرکز وولکان (Vulcan) ترکیب کرده‌اند و در این کار از دو ابرکامپیوتر موازی ۲ پتافلاپی موسسه وولکان بهره گرفته‌اند. 

امروزه این ماده در حالت عادی‌اش به عنوان ماده‌ی پنهان ( یا شاید بتوان گفت همانند هواپیماهای اصطلاحا پنهان باشد که شناسایی و تشخیص آن ها بسیار دشوار است) شناخته می‌شود اما با اعمال برهم‌کنش‌های خاصی روی ماده‌ی معمولی در شرایط آزمایشگاهی و دماهای بسیار بالا به وجود این ماده پی خواهیم برد. در واقع در شرایط پلاسما و دماهای بسیار بالا ماده‌ی تاریک و مواد معمولی می‌توانند روی هم‌دیگر تاثیر بگذارند. این شرایط پلاسمایی و بسیار گرم همان شرایطی بوده‌اند که در ابتدای پیدایش جهان به طور گسترده وجود داشته است. پاولوس واراناس (Pavlos Vranas) یکی از اعضای لورنس لیورمور در این باره می‌گوید:

این برهم‌کنش‌ها در مراحل ابتدایی پیدایش جهان بسیار مهم بوده‌اند چون امروزه فراوانی ماده‌ی تاریک و ماده‌ی معمولی در جهان به طور چشمگیری یکسان است و دلیل این برابری کنونی در واقع همان برهم‌کنش‌هایی هستند که در مراحل ابتدایی پیدایش جهان روی داده‌اند.
این گروه دستاورد‌های خود را در مقاله با عنوان آشکارسازی ماده‌ی تاریک با به کارگیری قطبی‌سازی الکترومغناطیسی منتشر کرده‌اند. ماده‌ی تاریک در واقع ۸۳ درصد از همه‌ی مواد موجود در جهان هستی را تشکیل می‌دهد و به طور مستقیم با نیروهای الکترومغناطیسی یا نیروهای هسته‌ای ضعیف و قوی برهم‌کنش ندارد. این ماده نور را به هیچ وجه بازتاب نمی‌دهد و همچنین ماده‌ی معمولی می‌تواند با اعمال سست‌ترین حرکت به ماده‌ی تاریک نفوذ کند. این ماده همان طور که از نامش پیداست نامریی است و ماهیت واکنش‌های آن با گرانش و کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی هنوز مورد بررسی است هنوز در مورد وجود و چگونگی این ماده کمی شک وجود دارد.


نکته‌ی بسیار کلیدی در رفتار عجیب ماده‌ی تاریک این است که این ماده رفتار ترکیبی آن و ویژگی شگفت‌انگیز آن در حبس رنگ‌ها است. رفتار ترکیبی این ماده ‌همانند کوارک‌های یک نوترون است که ماهیت الکتریکی داشته و با افزایش دما با هر ماده‌ای که در اطرافشان باشد برهم‌کنش می‌کنند و با کاهش دما به هم‌دیگر می‌چسبند و ذره‌‌های ترکیبی همانند نوترون تشکیل می‌دهند. بر خلاف نوترون که محدود به برهم‌کنش‌های معمولی کرومودینامیک کوانتومی (QCD) است، نوترون پنهان می‌تواند با یک برهم‌کنش جدید و پنهان و در عین حال قدرتمند تحت تاثیر قرار گیرد و به عبارتی فرم تاریکی از QCD داشته باشد. وارانوس در این مورد می‌گوید:

باید بگوییم که یک ماده‌ی تاریک احتمالی باید صدها برابر از پروتون سنگین‌تر بوده و ترکیبی از ذرات الکتریکی باشد و همچنین ماهیت پنهان و نامریی هم داشته باشد.
ماده‌ی تاریک همانند پروتون‌ پایدار بوده و در طول زمان‌های کیهانی متلاشی نمی‌شود. با این وجود این ماده همانند QCD منجر به تولید شمار بسیار زیادی از ذرات هسته‌ای می‌شود که اغلب این ذرات مدت کوتاهی پس از درست شدنشان دچار واپاشی می‌شوند.

برخی از این ذرات ممکن است ماهیت کاملا اکتریکی داشته باشند و خیلی پیشتر از این و بعد از تشکیل متلاشی شده باشند. با ایجاد شرایط برخورد ذرات با انرژی خیلی بالا، می‌توان برخی از این ذرات را که از زمان پیدایش ابتدایی جهان دیگر تشکیل نشده‌اند را در شرایط آزمایشگاهی بازسازی کرد که این کار یک بار در سوییس و در برخورد دهنده‌ی هادرونی بزرگ انجام شد. چون این مواد ماهیت الکتریکی دارند بنابراین می‌توانند نمادهای منحصر به فردی را در سیستم‌های آشکارساز ذرات از خود نشان دهند. وارانوس می‌گوید:

آزمایش‌های آشکارسازی مستقیم در زیر زمین و یا آزمایش‌های برخورد دهنده‌ی هادرونی بزرگ در آینده می‌تواند شواهد بیشتری از این ماده‌ی تاریک به دست دهد و یا این احتمال هم وجود دارد که وجود این ماده به صورتی که ما امروزه تصور می‌کنیم رد شود.

تشکیل حلقه‌ای شبیه زحل دور مریخ در آینده مشاهده‌ی میدان مغناطیسی در سیاه‌چاله‌ی میانی کهکشان راه شیری