🔘 آزمایشی چندصدساله در فیزیک می‌تواند به کشف ذرات میلی‌باردار کمک کند🌌 طرح اولیه آزمایش اصلی کاوندی…

🔘 آزمایشی چندصدساله در فیزیک می‌تواند به کشف ذرات میلی‌باردار کمک کند🌌 طرح اولیه آزمایش اصلی کاوندیش با پوسته‌های رسانای هم‌مرکز.¹★ فیزیکدانان نظری مدت‌هاست وجود «ذرات میلی‌باردار» (mCPs) را پیش‌بینی کرده‌اند؛ ذراتی فرضی که بار الکتریکی بسیار کوچکی حمل می‌کنند. انتظار می‌رود این ذرات برهم‌کنش بسیار ضعیفی با ماده معمولی و میدان‌های الکترومغناطیسی داشته باشند؛ از این رو، شناسایی آن‌ها در آزمایش‌های متداول فیزیک ذرات بسیار دشوار است.²★ برخی مطالعات این فرضیه را مطرح کرده‌اند که ذرات میلی‌باردار کسر کوچکی از ماده تاریک کیهان را نیز تشکیل می‌دهند. ماده تاریک نوعی ماده گریزپا است که نور را تابش، جذب یا بازتاب نمی‌کند و برهم‌کنش ضعیفی با ماده معمولی دارد. این ویژگی‌ها تا به امروز مانع از آن شده است که فیزیکدانان ترکیب و خواص آن را تعیین کنند.³★ پژوهشگران آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده فرمی (فرمی‌لب)، دانشگاه استنفورد و دانشگاه دلاور اخیراً نشان داده‌اند که آزمایش موسوم به «آزمایش کاوندیش»—یکی از قدیمی‌ترین آزمایش‌های دقیق انجام‌شده توسط فیزیکدانان—می‌تواند برای جستجوی ذرات میلی‌باردار نیز به کار رود. مقاله آن‌ها که در مجله Physical Review Letters منتشر شده است، پیشنهاد می‌کند که این آزمایش ممکن است به حساسیت‌هایی فراتر از آزمایش‌های مبتنی بر شتاب‌دهنده‌های ذرات دست یابد.⁴★ هاری‌کریشنان رمانی (Harikrishnan Ramani)، نویسنده ارشد این مقاله، به Phys.org گفت: «ذرات mCP، ذرات جدیدی هستند که بار الکتریکی آن‌ها کسری کوچک از بار الکترون است و یکی از ساده‌ترین تعمیم‌های مدل استاندارد فیزیک ذرات به شمار می‌روند. با این حال، با وجود دهه‌ها بررسی دقیق، حدود و قیود محدودی روی آن‌ها اعمال شده است.»⁵★ «این محدودیت‌ها به‌قدری ضعیف هستند که فضای پارامتری مجازی وجود دارد که در آن، این بارها چنان قوی با مدل استاندارد جفت می‌شوند که ویژگی‌های مشترکی با ذرات مدل استاندارد پیدا می‌کنند؛ از جمله تولید در برخورد پرتوهای کیهانی، داشتن مسیرهای آزاد میانگینِ بسیار کوچک که منجر به تعادل گرمایی (ترمالیزاسیون) محلی می‌شود، و برهم‌کنش با میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی بزرگ‌مقیاس زمین که باعث تجمع آن‌ها در لایه بیرونی زمین می‌گردد.»🌌 حساسیت پیش‌بینی‌شده برای آزمایش اختصاصی کاوندیشِ این تیم که در یک قفس فارادی محصور شده استچیدمان آزمایشگاهی سنجش ذرات میلی‌باردار. منبع: Facebook✨ یک آزمایش کاوندیش برای جستجوی ذرات میلی‌باردار⁶★ رمانی و همکارانش، آشر برلین، زکری بوگوراد و پیتر دبلیو. گراهام، در حال بررسی امکان جستجو برای ذرات mCP بوده‌اند که پیش‌بینی می‌شود به طور طبیعی در نزدیکی زمین تجمع می‌یابند. در مقاله اخیر خود، آن‌ها پیشنهاد ساخت دستگاهی را دادند که می‌تواند بار الکتریکی ذرات را نوسان داده و میدان الکتریکی ضعیف تولیدشده طی این فرآیند را اندازه‌گیری کند.⁷★ رمانی توضیح داد: «از نظر تاریخی، چنین دستگاهی برای تعیین حد بر روی جرم فوتون استفاده می‌شد. معلوم شده است که جرم غیرصفر فوتون و حضور ذرات mCP، اگرچه تا حدی بی‌ارتباط به نظر می‌رسند، اما هر دو می‌توانند سیگنال مشابهی ایجاد کنند—انحراف از قانون گوس.»⁸★ پژوهشگران مسیر ممکن جدیدی را برای آشکارسازی mCPها یا اعمال محدودیت‌های جدید بر خواص آن‌ها با استفاده از آزمایش کلاسیک کاوندیش معرفی کردند. به‌ویژه، پیش‌بینی‌های آن‌ها نشان می‌دهد که این آزمایش می‌تواند تا سه مرتبه بزرگ‌نمایی حساس‌تر از آزمایش‌های موجود یا آینده مبتنی بر شتاب‌دهنده ذرات باشد.⁹★ آزمایش کاوندیش یک آزمایش دقیق است که برای سنجش قانون کولن طراحی شده است؛ قانونی بنیادی که نیروی الکتریکی بین اجسام باردار را توصیف می‌کند. این آزمایش متکی بر یک قفس فارادی بزرگ است؛ پوسته‌ای ساخته‌شده از ماده رسانا که میدان‌های الکتریکی خارجی و تابش‌های الکترومغناطیسی را مسدود می‌کند.¹⁰★ رمانی گفت: «اگر قانون کولن و در نتیجه قانون گوس کاملاً دقیق بودند، قفس فارادی فضای داخلی خود را به طور کامل محافظت می‌کرد و هیچ میدان الکتریکی در داخل آن القا نمی‌شد. با این حال، حضور ذرات mCP می‌تواند منجر به نقض ظاهری قانون کولن یا گوس شود. نخستین دلیل این است که mCPها باعث ایجاد یک جرم پلاسمایی برای فوتون می‌شوند که می‌توان آن را به عنوان شیلدینگ و غربالگری ناشی از mCPها در نظر گرفت. اکنون قانون کولن مستلزم آن است که فوتون بدون جرم باشد و هرگونه انحراف به نقض ظاهری قانون کولن منجر می‌شود.»¹¹★ اگر پیش‌بینی‌های این تیم درست باشد، ذرات mCP قادر خواهند بود به داخل قفس فارادی نفوذ کنند. به طور خاص، زمانی که قفس دارای پتانسیل‌های مثبت و منفی نوسانی باشد، mCPها باید بتوانند در پاسخ به بار روی قفس، به داخل و خارج آن شارش کنند.