חוקרים מציעים שיטה חדשה לאיתור החומר האפל

לבחון את השתנות האות במשך היום. החלקיקים מגיעים ופוגעים בגלאי מכיוונים שונים בשמיים בעוד כדור הארץ מסתובב, ולכן שטף החלקיקים אמור להשתנות עם הזמן. לדברי החוקרים יש לבדוק את תבנית האותות המתקבלת ולנטרל את השפעות הרעש הסביבתי 

 

 

חומר אפל. איור: shutterstock
חומר אפל. איור: shutterstock

החומר האפל מאז ומתמיד היווה חידה בעיני פיזיקאים ומדענים. ספקולציות רבות הועלו בהקשר זה, אך מעולם לא הוכח ממה מורכב החומר האפל והאנרגיה האפלה אשר מרכיבים חלק ניכר מהיקום, ומושכים את החומר ביקום להתפשט במהירות מואצת. כעת מדענים מאוניברסיטת דרום דנמק מציעים שיטה חדשה לאיתור ובדיקת החומר האפל.

"אנו יודעים שרק כ-5% מהיקום מורכב מהחומר הרגיל המוכר לנו וממנו אנו עשויים. היתר הוא בלתי ידוע. סוג החומר הבלתי ידוע הזה מכונה חומר אפל. אפשר רק לשער לגבי קיומם והרכבם של החומר והאנרגיה האפלים". אומר כריס קובריס, פרופסור מהמרכז לחקר קוסמולוגיה ופיזיקת חלקיקים באוניברסיטת דרום דנמרק.

לדבריו של קובריס, קבוצת המחקר שלו יצרה שיטה חדשה לאיתור החומר האפל שאינה משתמשת בשיטות הקונבנציונאליות הקיימות. במאמר חדש שפרסם החוקר, הוא מציע את האפשרות שהחומר האפל יכול לבצע אינטראקציות עם אטומי חומר רגילים ולכן גלאי חלקיקים המוצבים עמוק מתחת לפני האדמה יתקשו מאוד לאתר את החלקיק החמקמק, מכיוון שעד שהחלקיק מגיע אל הגלאי, הוא כבר מאבד את מרבית האנרגיה שלו.

הסברה הרווחת היא שהחומר האפל מגיב רק בהשפעות כבידתיות ובאינטראקציות חלשות, ואינו מבצע אינטראקציות אלקטרומגנטיות. כלומר החומר יכול לחלוף ולעבור מבעד לכדור הארץ מבלי להתנגש כמעט עם חלקיקים "נורמליים", ולכן קשה לאתר אותו על ידי מכשור מדידה רגיל. על מנת לאתר חומר זה, המדענים מציבים גלאים של חלקיקים עמוק מתחת לפני האדמה, כקילומטר או אף יותר מתחת לפני הקרקע, בתקווה שזה יחסום את ה"רעש" מאובייקטים נוספים הפולטים קרינה וכך יתאפשר איתור החלקיקים.

"באופן עקרוני חלקיקי חומר אפל עלולים לאבד אנרגיה רבה בעודם טסים אל מתחת לפני האדמה בשל האינטראקציות עם יתר האטומים, לפני שהם פוגעים במכשירי המדידה. במצב כזה אולי לא תשאר להם מספיק אנרגיה כדי להגיע ולהפעיל את גלאי החלקיקים גם כשהם מגיעים לשם", אומר קובריס."במצב כזה, יהיה יותר הגיוני לנסות לאתר חלקיקי חומר אפל מעל פני האדמה, או בעומק שקרוב יחסית לפני הקרקע".

הפתרון, כך לפי החוקרים, טמון בתבניות הנוצרות בזמני ההגעה של חלקיקי חומר אפל. כאשר מציבים גלאי קרוב לפני האדמה זה מבטיח שהחלקיקים יאבדו רק חלק קטן של אנרגיה. ואולם כאשר מציבים גלאים מעל פני האדמה נותרים עם הבעיה הראשונית שהיא הפרעות סביבה רבות בקליטה של החלקיקים.

על מנת להתמודד עם הבעיה, הציע קובריס ויתר חברי קבוצתו לבחון את השתנות האות במשך היום. החלקיקים מגיעים ופוגעים בגלאי מכיוונים שונים בשמיים בעוד כדור הארץ מסתובב, ולכן שטף החלקיקים אמור להשתנות עם הזמן. לדברי החוקרים יש לבדוק את תבנית האותות המתקבלת ולנטרל את השפעות הרעש הסביבתי (למשל רעש המתקבל מקרינת הרקע הקוסמית).

 

למחקר

להודעה של החוקרים

 

 

 

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

462 תגובות

  1. ניסים יפה!
    מאחר ו 104-99=5
    ניתן לקחת פחות מטבעות לפי בסיס 5.(אין צורך להסבר מתמטי)
    כעת מה שיפה הוא בכך שמהמשקל התקבל מחסרים 99 כפול מספר המטבעות (טור גאומטרי של כפולות 5)
    ואת התוצאה מציגים לפי בסיס 5.
    הספרות שהם 0 מציינות את המשקל 99, 1-100 ,3-102 , 4-103 גרם.
    פתרון זה הוא גרעין לפתירת חידות רבות אשר לכאורה שונות זו מזו בהצגתם.

  2. יוסי סימון
    נראה לי (רק נראה לי…) שפתרון אפשרי הוא לקחת מטבע אחת מהשק הראשון, 1000 מהשק השני 1000000 מהשק השלישי וכן הלאה. השארית אחרי חלוקה ב-1000 היא משקל המטבע בשק הראשון. אם ניקח את המנה שנוצרה, אז השארית אחרי חלוקה נוספת ב-1000 היא משקל המטבע בשק השני, וכן הלאה.

    בבסיס 1000, מספר המטבעות הוא 1111111111 ….

  3. שלום נסים!
    תודה על התייחסותך לשאלותי, בתור אחד שאינו מתמצא בפיזיקה גרעינית.
    לאות תודה אני שולח לך חידה משודרגת על ידי , חידה שפתרונה מאד מוצא חן בעיני.
    להלן החידה
    יש 10 שקי מטבעות, כאשר בכל שק מספר עצום ורב של מטבעות.
    בכל שק, כל המטבעות שוקלות אותו משקל. אך למטבעות בשקים שונים יכולים להיות משקלים שונים.
    אפשרויות המשקל הן: 99,100,101,103,104 (המטביע הלאומי לא יצר מטבעות במשקל 102 ) גרם.
    השאלה כיצד ניתן בשקילה אחת (ניתן לשקול כל משקל) לקבוע כל שק, בעלות אילו משקל מטבעותיו.
    המשקל מבוצע ע"י הוצאת מטבעות מכל שק.
    את המספר הכולל של מטבעות יש להציג בצורה כזאת שכל ספרותיו יהיו זהות.
    בהצלחה!
    מקווה שתהנה מהפתרון

  4. תודה elbentzo על התשובה המעניינת.
    מה שקשה לי להבין הוא שאפשר להמיר מאסה לאנרגיה ואת האנרגיה להעביר
    למקום אחר ע"י כח משיכה. בזמן שכח משיכה מגדיר אנרגיה/מאסה המעקמות
    את המרחב/זמן והכח הפוטנציאלי שנוצר הוא בעצם אינסופי.

    לדוגמא אם הירח היה עשוי מגומי קשה ובמשך שני מיליארד שנים היו מתנגשים
    בו מיליארדי מטאורים במהירות נמוכה יחסית וניתזים חזרה לחלל, אז האם יכול
    להיווצר מצב בו המאסה הכוללת של המטאורים תהיה גדולה מזו של הירח ?
    והאם זה לא שובר את חוק שימור האנרגיה ?

  5. יוסי סימון
    ממה שלמדתי בבית-ספר – תאי-ערפל ובועות מגלים מסלולים של חלקיקים בודדים. ובתחום שאני כן מכיר – עין האדם יכול, עקרונית, לגלות פוטון בודד. עקרונית – כי פוטון בודד אמנם מתגלה ע"י תא rod, אבל צריך 5-6 פוטונים תוך כעשירית שניה כדי שהמוח "יאשר" שאכן ראינו משהו.

  6. שלום !elbentzo
    בהקשר תשובתך לשאלון, אנא מספר שאלות הבהרה
    1.כמה פוטונים מכיל אלקטרון אחד/יותר/אין-סוף?
    2. כאשר הפוטון נורה האם הוא מתחיל ממהירות 0 ? (יחסית לתנועתו המשותפת עם האלקטרון סביב הגרעין) ?
    3. מה מקנה לו את היכולת לקבל תאוצה.?
    4. מה עוצר את תנועתו? כאשר הוא "נלכד" בפרוטון?
    5. מה גורלו כאשר הוא "נע" לבדו בחלל. האם הוא ילכד בסופו או ינוע לו לעולם ועד?
    6. מה גורם לו "לדעת" את הכיוון לעבר הפרוטון?
    7. ומה בהקשר לנויטרון שהרי גם לו יש מסה?
    8. שאלה נוספת שמסקרנת אותי, האם החלקיקים "תופסים" מקום במרחב באופן ממשי או פשוט מוגדרים כתכונה בחלל טופוגרפי . וחלל זה יכול להכיל חלקיקים נוספים הלא "מושפעים" או משפיעים על החלקיק.
    9. האם בטכנולוגיה הקיימת כיום, יודעים לעקוב אחר חלקיק אחד בודד או אטום אחד בודד? בניסוי עם שני החורים האם נשלח אלקטרון אחד בלבד?
    10. האם יתכן, נניח, הפרוטון, אינו ממש חומר רציף (ואז אין משמעות לכך שהוא אינו ניתן לחלוקה) אלא פשוט מרוכז בתוך מרחב טופוגרפי דמוי כדור?

    אני מנצל את הזמנתך לשאלות הבהרה, ושוב תודהֱ!

  7. שאלון,

    אני חייב להודות שאני לא ממש מבין מה אתה שואל. למה אתה מתכוון בכך שכוח הכבידה נע ללא חיכוך? חיכוך הוא כוח מכני בין גופים. אפשר להסתכל על כוח הכבידה כשדה כוח אפקטיבי – וככזה הוא לא מרגיש חיכוך או קושי "לעבור" דרך גופים. הוא מוגדר באופן מלא על ידי פוטנציאל. התיאור האמיתי אינו כה פשוט, והוא קשור לעקמומיות המרחב. תכולת האנרגיה במרחב (כאשר אנרגיה כוללת גם מסה) קובעת את צורתו, והצורה קובעת את מסלולי התנועה של חלקיקים. אם מסתכלים על גוף מספיק קטן, אז ההשפעה שלו על צורת המרחב זניחה ואפשר לתארו כאילו הוא נע במרחב עקום (כאשר אם רוצים לדייק צריך להתחשב בככה שגם לגוף יש מסה ואנרגיה ולכן הוא בעצמו לא רק נע במרחב אלא גם משפיע על המרחב). גם כאן, אין סיבה לצפות לחיכוך או לקושי לעבור "דרך" גופים.

    החצי השני של תגובתך זה מה שאני ממש לא מבין, הקשר לאטומים והדוגמא עם הסולם. בהבנה המודרנית שלנו של כבידה, אין הבדל בין כבידה לבין הכוח האלקטרו-חלש או החזק. כל הכוחות מתבטאים בתור חלקיקים (שנקראים בוזונים נושאי כוח) שטסים בין גופים ומשפיעים על תנועתם במרחב. האלקטרון באטום המימן הוא קשור בגלל שהוא מחליף כל הזמן פוטונים עם הגרעין (הוא "יורה" פוטונים על הגרעין והגרעין "יורה" עליו חזרה), והאינטראקציה הזו לא נותנת לו לברוח. בדיוק באותו אופן, הוא יכול "לירות" על חלקיקים אחרים משהו שנקרא גרוויטונים, שזה הבוזון נושא הכוח של כוח הכבידה (כשם שהפוטון הוא הבוזון נושא הכוח של הכוח האלטקרומגנטי). חשוב להבין שהחלקיקים האלה שהאלקטרונים, הפרוטונים, ושאר החברים יורים אחד על השני לא חייבים לציית לחוקים המוכרים לנו – הם יכולים לטוס במהירויות גדולות מהאור (מבלי לשבור את תורת היחסות הפרטית), ובמסלולים לא אפשריים, יכולים להיות בעלי מסה גדולה או קטנה, וכו'. העובדה שבוזונים נושאי כוח אינם מחוייבים לחוקים הרגילים (כמובן שיש לכך הצדקה מתמטית, אבל לא נכנס אליה כרגע) זה מה שמאפשר להם "לעקוף" מכשולים כמו שאתה מתאר. אם אני אקח פוטון אמיתי, שכן מציית לחוקים (כמו זה שיוצא מפנס כשאני מדליק אותו) ואאיר לכיוונך, הוא יטוס ממני אליך במסלולים שמצייתים לחוקים קוונטים (למעשה, אלו לא בדיוק מסלולים אבל לא נכנס לכך עכשיו). כלומר, אם יהיה בינינו סלע אז הוא יתקע בו ואולי לא יצליח לחדור, וגם אם יצליח, הוא יגיע אליך מוחלש מאוד. אבל פוטון שכל מהותו היא לתווך ביני לבינך את הכוח האלקטרומגנטי (נקראים לפעמים גם חלקיקים וירטואלים) אינו מציית לאותם חוקים ולכן יכול לעקוף כל סלע שתשים בינינו.

  8. אלבנצו אם אתה מתמצא בכבידה אולי תסביר לי איך אני מוריד מהכבידה שלי 5 קילו?

  9. elbentzo,
    אם אתה מתמצא בכבידה אולי תוכל לענות לי על שאלות ששאלתי בתגובות למאמר אחר
    אך התשובות שקבלתי לא עשו את העבודה.

    בשאלה הראשונה בקשתי להבין איך כח הכבידה נע בכיוון מסויים ללא חיכוך, התנגדות או איבוד אנרגיה
    מהחומר דרכו הוא עובר ומצד שני אותו הגוף כן מרגיש את הכח המופעל עליו. במילים אחרות איך יתכן
    שכח נע העובר דרך מאסה, משפיע עליה וממשיך ללא איבוד אנרגיה ?

    העיניין שלי הוא לא בתיאור ניוטוניוני או יחסותי אלא להבין את המכניקה ברמה של האטום שנקשר
    ע"י 3 כוחות יסוד ובעצם "פולט" כח רביעי שהוא הכבידה. ואיך אותה כבידה אשר נוצרה במקור ע"י מאסה,
    עוברת ללא התנגדות דרך מאסות בדיוק כמו זו שיצרה אותה במקור – ללא התנגדות או היחלשות אך מצד
    שני כן מושכת את אותן המאסות אל הכיוון ממנה באה ?

    תחשוב שאתה מטפס על סולם איפהשהו בחלל באיזור של כבידה נמוכה וכל שלב של סולם אתה
    קודם מושך ואח"כ דוחף, הסולם ינוע אל הכיוון ממנו באת ואתה תמשיך הלאה – ללא כל מאמץ או
    איבוד אנרגיה מצידך (למעט ההחלשות עכב ריבוע המרחק שעברת מנקודת היציאה).

    השאלה השניה לפירוק תיאורטי של גופים על מנת לעקוב אחר התפלגות כח הכבידה על פני
    מספר רכיבים אשר יוצרים גוף שאליו מתייחסים תיאורי הכבידה והמתמטיקה הנילווית. להזכירך
    הכח שקושר אטומים ומולקולות הוא האלקטרומגנטי ואם הוא זה שמחבר את החומר אז למה החומר
    "פולט" כח כבידה ?

    תודה. אגב אני גם עוקב אחר התשובות שלך, נהנה ומשכיל.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן