در اخترفیزیک، ذرات سنگین با برهم کنش ضعیف ( به انگلیسی: WIMPs ) ذراتی هستند که ممکن است پاسخی برای مسئلهٔ مادهٔ تاریک باشند. این ذرات با نیروی ضعیف و گرانش برهم کنش دارند. چون با الکترومغناطیس برهم کنش ندارند، نمی توان آن ها را مستقیماً دید؛ و چون با نیروی هسته ای قوی برهم کنش ندارند، در مقابل هستهٔ اتم عکس العمل چشمگیری از خود نشان نمی دهند.
یکی از ملحقات نظریهٔ استاندارد فیزیک ذرات به نام ابرتقارن ( Super Symmetry ) ، پیشنهاد می کند که «ذرات سنگین با برهم کنش ضعیف» ( WIMP ) ممکن است جزء اصلی در مادهٔ تاریک سرد باشد. یکی از نامزدهای اصلی نوترالینو ( Neutralino ) است - ( سبک ترین ذرهٔ ابر متقارن خنثی بنظر می رسد ماهیتش با ماهیت اتم های اطراف ما فرق می کند و ما فقط از روی اثر گرانشی آن به حقیقت آن پی می بریم. تا حدود ۲۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ، جهان تقریباً همگن بود اما تغییر بسیار کمی در وضعیت تعادلی سیستم باعث شد تا گرانش فرصت تشکیل ساختارهای بزرگی که امروزه قابل مشاهده می باشند را پیدا کند. بخش های چگال مواد اطراف خود را جذب کردند و چگال تر شدند و نواحی کم چگال به تدریج مواد خود را از دست دادند و عاری از ماده شدند. مادهٔ تاریک چاه های گرانشی در فضا ایجاد کرد و مادهٔ معمولی را به درون این چاه ها کشید. نوترالینوها کاندیدای مناسبی برای «مادهٔ تاریک سرد» می باشند که آهسته حرکت می کنند و می توانند برای تشکیل چاه گرانشی با هم تجمع کنند. اما این ذرات هنوز کشف نشده اند. بهترین مکان برای رؤیت نوترالینوها هستهٔ کهکشان ها است که چگالی مادهٔ تاریک بسیار بالاست ) - در هر ثانیه میلیاردها WIMP می تواند از ما عبور کند! گاهی ممکن است که با هستهٔ یک اتم برهم کنش داشته، آن را به عقب براند - چیزی شبیه به برخورد یک توپ در حال حرکت بیلیارد و یک توپ ساکن. بر اساس اصول، اما با زحمت بسیار زیاد، این برهم کنش ها قابل آشکارسازی است. برخی راه های ممکن در تشخیص عقب نشینی هسته ای، ناشی از برهم کنش WIMP، عبارت است از: ( ۱ ) در نیمه هادی هایی چون سیلیسیوم و ژرمانیوم، با عقب نشینی اتم، بار الکتریکی آزاد می شود. این یونیزاسیون قابل تشخیص و اندازه گیری است. ( ۲ ) در انواع مشخصی از کریستال ها و مایعات، موسوم به سینتیلاتور، با کم شدن سرعت اتم، برق هایی از نور تابش می شود. این نور، که مقدار آن به انرژی عقب نشینی بستگی دارد، به وسیله لامپ فتومالتی پلایر ( PMT ) قابل تشخیص است. ( ۳ ) در کریستال، انرژی عقب نشینی به ارتعاشاتی موسوم به فونون ( Phonon ) منتقل می گردد. در دمای اتاق، این ارتعاشات در میان ارتعاشات القایی توسط حرارت گم می شود. اما با سرد کردن کریستال تا دمایی نزدیک به صفر، می توان آن ها را آشکار نمود. هرچند که ممکن است در هر ثانیه یک میلیون WIMP از هر سانتی مترمربع عبور کند، اما بسیار به ندرت با یک هسته برهم کنش می نماید. برآورد می شود که در یک آشکارساز ۱۰ کیلوگرمی، در هر روز و به طور متوسط تنها یک برهم کنش رخ دهد. اوضاع وقتی بدتر است که بدانیم همواره با پرتوهای کیهانی بمباران می شویم. این پرتوها که از ماده معمولی ساخته شده اند، به آسانی برهم کنش می کنند؛ لذا هرگونه برهم کنش WIMP کاملاً پایمال می شود! یک راه که تعداد پرتوهای کیهانی ورودی به آشکارساز را بسیار کاهش می دهد آن است که آن را در اعماق زمین جای دهیم - مثلاً در عمق ۱٬۱۰۰ متری معدن بولبی پوتاش در شمال یورک شایر. در این عمق، لایه های صخره ای از هر یک میلیونپرتو کیهانی، تنها یکی را عبور می دهد، و این درحالی است که تنها سه عدد از یک میلیارد WIMP با هستهٔ تخته سنگ ها در بالای آشکارساز برهم کنش می نماید. به علاوه، رادیو اکتیو طبیعی موجود در سنگ های اطراف آشکارساز با تولید نوفه، برهم کنش های WIMP را می پوشاند. از اینرو آشکارسازها را با سپر تابشی از سرب بسیار خالص، پوشش مسی یا پلی اتیلن می پوشانند، و ممکن است آن ها را در مخزن آب غوطه ور نمایند. آشکارسازها خود می توانند ذرات آلفا یا بتا تابش کنند، لذا بایستی در مورد مادهٔ سازندهٔ آن ها دقت ویژه ای مبذول داشت. لامپ های فتومالتی پلایر ( به منظور آشکارسازی جرقه ها ) نیز مشکلات خاص خود را دارند. هدایت کننده های نوری ( Light Guide ) جهت انتقال نور از کریستالی که برهم کنش در آن صورت می گیرد، مانند یدید سدیم، به لامپ های فتومالتی پلایر حفاظت شده مورد استفاده قرار می گیرد. [ ۱]
این نوشته برگرفته از سایت ویکی پدیا می باشد، اگر نادرست یا توهین آمیز است، لطفا گزارش دهید: گزارش تخلفیکی از ملحقات نظریهٔ استاندارد فیزیک ذرات به نام ابرتقارن ( Super Symmetry ) ، پیشنهاد می کند که «ذرات سنگین با برهم کنش ضعیف» ( WIMP ) ممکن است جزء اصلی در مادهٔ تاریک سرد باشد. یکی از نامزدهای اصلی نوترالینو ( Neutralino ) است - ( سبک ترین ذرهٔ ابر متقارن خنثی بنظر می رسد ماهیتش با ماهیت اتم های اطراف ما فرق می کند و ما فقط از روی اثر گرانشی آن به حقیقت آن پی می بریم. تا حدود ۲۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ، جهان تقریباً همگن بود اما تغییر بسیار کمی در وضعیت تعادلی سیستم باعث شد تا گرانش فرصت تشکیل ساختارهای بزرگی که امروزه قابل مشاهده می باشند را پیدا کند. بخش های چگال مواد اطراف خود را جذب کردند و چگال تر شدند و نواحی کم چگال به تدریج مواد خود را از دست دادند و عاری از ماده شدند. مادهٔ تاریک چاه های گرانشی در فضا ایجاد کرد و مادهٔ معمولی را به درون این چاه ها کشید. نوترالینوها کاندیدای مناسبی برای «مادهٔ تاریک سرد» می باشند که آهسته حرکت می کنند و می توانند برای تشکیل چاه گرانشی با هم تجمع کنند. اما این ذرات هنوز کشف نشده اند. بهترین مکان برای رؤیت نوترالینوها هستهٔ کهکشان ها است که چگالی مادهٔ تاریک بسیار بالاست ) - در هر ثانیه میلیاردها WIMP می تواند از ما عبور کند! گاهی ممکن است که با هستهٔ یک اتم برهم کنش داشته، آن را به عقب براند - چیزی شبیه به برخورد یک توپ در حال حرکت بیلیارد و یک توپ ساکن. بر اساس اصول، اما با زحمت بسیار زیاد، این برهم کنش ها قابل آشکارسازی است. برخی راه های ممکن در تشخیص عقب نشینی هسته ای، ناشی از برهم کنش WIMP، عبارت است از: ( ۱ ) در نیمه هادی هایی چون سیلیسیوم و ژرمانیوم، با عقب نشینی اتم، بار الکتریکی آزاد می شود. این یونیزاسیون قابل تشخیص و اندازه گیری است. ( ۲ ) در انواع مشخصی از کریستال ها و مایعات، موسوم به سینتیلاتور، با کم شدن سرعت اتم، برق هایی از نور تابش می شود. این نور، که مقدار آن به انرژی عقب نشینی بستگی دارد، به وسیله لامپ فتومالتی پلایر ( PMT ) قابل تشخیص است. ( ۳ ) در کریستال، انرژی عقب نشینی به ارتعاشاتی موسوم به فونون ( Phonon ) منتقل می گردد. در دمای اتاق، این ارتعاشات در میان ارتعاشات القایی توسط حرارت گم می شود. اما با سرد کردن کریستال تا دمایی نزدیک به صفر، می توان آن ها را آشکار نمود. هرچند که ممکن است در هر ثانیه یک میلیون WIMP از هر سانتی مترمربع عبور کند، اما بسیار به ندرت با یک هسته برهم کنش می نماید. برآورد می شود که در یک آشکارساز ۱۰ کیلوگرمی، در هر روز و به طور متوسط تنها یک برهم کنش رخ دهد. اوضاع وقتی بدتر است که بدانیم همواره با پرتوهای کیهانی بمباران می شویم. این پرتوها که از ماده معمولی ساخته شده اند، به آسانی برهم کنش می کنند؛ لذا هرگونه برهم کنش WIMP کاملاً پایمال می شود! یک راه که تعداد پرتوهای کیهانی ورودی به آشکارساز را بسیار کاهش می دهد آن است که آن را در اعماق زمین جای دهیم - مثلاً در عمق ۱٬۱۰۰ متری معدن بولبی پوتاش در شمال یورک شایر. در این عمق، لایه های صخره ای از هر یک میلیونپرتو کیهانی، تنها یکی را عبور می دهد، و این درحالی است که تنها سه عدد از یک میلیارد WIMP با هستهٔ تخته سنگ ها در بالای آشکارساز برهم کنش می نماید. به علاوه، رادیو اکتیو طبیعی موجود در سنگ های اطراف آشکارساز با تولید نوفه، برهم کنش های WIMP را می پوشاند. از اینرو آشکارسازها را با سپر تابشی از سرب بسیار خالص، پوشش مسی یا پلی اتیلن می پوشانند، و ممکن است آن ها را در مخزن آب غوطه ور نمایند. آشکارسازها خود می توانند ذرات آلفا یا بتا تابش کنند، لذا بایستی در مورد مادهٔ سازندهٔ آن ها دقت ویژه ای مبذول داشت. لامپ های فتومالتی پلایر ( به منظور آشکارسازی جرقه ها ) نیز مشکلات خاص خود را دارند. هدایت کننده های نوری ( Light Guide ) جهت انتقال نور از کریستالی که برهم کنش در آن صورت می گیرد، مانند یدید سدیم، به لامپ های فتومالتی پلایر حفاظت شده مورد استفاده قرار می گیرد. [ ۱]
