الأرض تكشف أسرار المادة المظلمة بطريقة جديدة

كيف تحوّلت الأرض بأسرها إلى كاشفٍ للمادة المظلمة؟

في كلّ لحظة، تعبر الأرض من خلال ما يُعتقد أنّه بحرٌ لا مرئي من جسيمات المادة المظلمة تلك المادة الغامضة التي يُستدلّ على وجودها من تأثيراتها الجاذبية على المادة المرئية، لكنّها لا تُرى ولا تُكشف بالأدوات التقليدية. المفارقة أنّ الباحثين كانوا يبحثون عن مكمن الكاشف المثالي، في حين كانوا يقفون فوقه طوال الوقت.

هذا بالضبط ما دفع الفيزيائي النظري Atsushi Taruya وفريقه إلى طرح سؤال جريء: ماذا لو استخدمنا الأرض نفسها كاشفاً ضخماً؟ يقول Taruya: "سألنا أنفسنا إن كان بإمكاننا استخدام الأرض ذاتها كاشفاً عملاقاً في رحلة البحث." والجواب، كما تكشف الدراسات المنشورة مؤخراً، جاء مشجّعاً بما يكفي لإعادة رسم خارطة البحث في هذا الحقل.

التجويف الأرضي-الأيونوسفيري: رنّانٌ طبيعي بالمجّان

الفكرة تقوم على ظاهرة فيزيائية معروفة: التجويف الممتد بين سطح الأرض والطبقة الأيونوسفيرية يعمل كرنّانٍ طبيعي يُضخّم الموجات الكهرومغناطيسية في نطاقات تردّدية بعينها. يشرح Taruya: "يعمل التجويف الأرضي-الأيونوسفيري كرنّانٍ طبيعي يُضخّم الموجات الكهرومغناطيسية في نطاق الكتلة الذي أردنا استقصاءه تحديداً."

ما يُضخَّم هنا ليس صوتاً، بل إشاراتٌ كهرومغناطيسية قد تنشأ عن تحلّل جسيمين افتراضيين مرشّحَين لتفسير المادة المظلمة: الأكسيون (Axion)، والفوتون المظلم (Dark Photon).

الأكسيونات جسيماتٌ افتراضية اقتُرحت منذ سبعينيات القرن الماضي لحلّ إشكاليةٍ في فيزياء الجسيمات، وتبيّن لاحقاً أنّها مرشّحةٌ واعدة لتفسير المادة المظلمة. خاصّيتها الأساسية أنّها تتحلّل إلى فوتونات في الحقول المغناطيسية القوية، مولّدةً موجاتٍ كهرومغناطيسية يمكن قياسها نظرياً. أما الفوتونات المظلمة، فهي حاملاتٌ افتراضية للقوة تمتلك كتلة، وتتفاعل مع الحقول المغناطيسية بطريقةٍ مشابهة للأكسيونات، وتقع خارج نطاق النموذج المعياري للفيزياء.

Loading image...

65 إشارة للأكسيون، 342 للفوتون المظلم ماذا بقي بعد الغربلة؟

اعتمد الفريق على بيانات المسح الجيولوجي البريطاني (British Geological Survey) الممتدة بين عامَي 2012 و2022، وهي بياناتٌ تُرصد فيها تغيّرات المجال المغناطيسي للأرض بدقّة عالية. من هذه البيانات، رصد الباحثون في البداية 65 إشارة مرشّحة للأكسيون، غير أنّ تطبيق فلاتر إحصائية أكثر صرامة أبقى على 25 إشارة فقط. وفي مسار موازٍ، كشف البحث عن 342 إشارة مرشّحة للفوتون المظلم بمعايير أوّلية، تقلّصت إلى 31 إشارة بعد رفع عتبة نسبة الإشارة إلى الضجيج.

هذا التمييز بين الإشارتين ليس تقنياً فحسب، بل له دلالةٌ فيزيائية عميقة: إشارات الأكسيون تتوقّف في شدّتها على قوّة المجال المغناطيسي للأرض، وبالتالي يُتوقّع أن تكون الأقوى في منطقة جنوب شرق آسيا والأضعف عند القطبين. في المقابل، إشارات الفوتون المظلم يُفترض أن تكون موحّدةً على مستوى الكرة الأرضية، مستقلّةً عن تفاوتات المجال المغناطيسي.

قيدٌ منهجي جوهري لا يمكن تجاوزه

هنا تحديداً تبرز نقطة الضعف الرئيسية في هذه الدراسات: جُمعت البيانات من مرصدٍ واحد فقط في المملكة المتحدة، ما يعني استحالة المقارنة الجغرافية للإشارات وهي مقارنةٌ ضرورية للتمييز بين إشارات الأكسيون والفوتون المظلم، ولاستبعاد التفسيرات البديلة. بعبارةٍ أخرى، الأداة قويّة، لكنّها استُخدمت من نافذةٍ واحدة في حين يتطلّب التحقّق النظر من نوافذ متعدّدة حول العالم.

نُشرت أوراق الأكسيون الثلاث في مجلة Progress of Theoretical and Experimental Physics، فيما نُشرت دراسة الفوتون المظلم في Physical Review D، وكلتاهما من أبرز المجلات المحكّمة في فيزياء الجسيمات والفيزياء النظرية.

ما الذي تعنيه هذه النتائج فعلاً؟

من منظور الصحة العلمية للبحث وهو منظورٌ أحرص دائماً على تطبيقه حتى خارج حقلي الطبي تبقى هذه الإشارات في مرحلة "المرشّح"، لا "الاكتشاف". الفارق بين الاثنين شاسعٌ في الفيزياء كما في الطب: المرشّح يستدعي التحقّق، والاكتشاف يستدعي الإجماع. ما أنجزه Taruya وفريقه هو إثبات جدوى المنهج، وفتح الباب أمام شبكة رصدٍ عالمية قادرة على مقارنة الإشارات عبر خطوط العرض المختلفة.

السؤال الذي تتركه هذه الدراسات مفتوحاً هو: هل ستُبادر مراصد جيومغناطيسية أخرى في أفريقيا وآسيا والأمريكتين إلى الانضمام لهذا المشروع الرصدي الكوني؟ الأرض كاشفٌ مجّاني، لكنّه لن يعمل بكفاءته الكاملة إلا حين تُفتح عيونه في كلّ اتجاه.