مُلَخَّص

اِكْتِشَافُ أَشْعَّةِ \(\gamma\)، الأَنْتِيبْرُوتُونَاتِ وَالبُوزِيتْرُونَاتِ النَّاتِجَةِ عَنِ التَّلَاشِيِّ الزَّوْجِيِّ لِجَسِيمَاتِ المَادَّةِ المُظَلَّمَةِ فِي هَالَةِ درْبِ التَّبَّانَةِ هُوَ تِقْنِيَّةٌ غَيْرِ مُبَاشِرَةٍ قَابِلَةٌ لِلتَّطْبِيقِ لِلبَحْثِ عَنِ تَوَاقِيعِ المَادَّةِ المُظَلَّمَةِ الفَائِقَةِ التَّمَاثِلِ، حَيْثُ التَّحَدِّيُّ الأَكْبَرُ هُوَ التَّمَيُّزِ بَيْنَ الإِشَارَةِ وَالخَلْفِيَّةِ النَّاتِجَةِ عَنْ آلِيَاتِ الإِنْتَاجِ القِيَاسِيَّةِ. البَيَانَاتُ الجَدِيدَةُ لِلأَنْتِيبْرُوتُونِ مِنْ PAMELA مُتَوَافِقَةٌ مَعَ الإِنْتَاجِ الثَّانَوِيِّ القِيَاسِيِّ وَهَذَا يُسَمِّحُ لَنَا بِتَقْيِيدِ المُسَاهِمَةِ الغَرِيبَةِ فِي الطَّيْفِ بِسَبَبِ تَلَاشِيَّاتِ النِّيُوتْرَالِينُو. بِشَكْلٍ خَاصٍّ، نُظْهِرُ أَنَّهُ فِي إِطَارِ الجَاذِبِيَّةِ الفَائِقَةِ الدُّنْيَا (mSUGRA)، فِي سِينَارِيُو هَالَةٍ مُتَكَتِّلَةٍ (بِعَامِلِ تَكَتُّلِ \(\geq\) 10) وَلِقِيَمٍ كَبِيرَةٍ مِنْ \(\tan(\beta)\geq 55\)، يُتْمُ اسْتِبْعَادُ مَعْظَمِ فَضَاءِ المَعَلَمَاتِ المُسْمُوحِ بِهِ بِوَاسِطَةِ WMAP.

بَدَلاً مِنْ ذَلِكَ، تَظْهَرُ بَيَانَاتُ نِسْبَةِ البُوزِيتْرُونِ مِنْ PAMELA فَائِضًا لَا يُمْكِنُ تَفْسِيرُهُ بِالإِنْتَاجِ الثَّانَوِيِّ. PPB-BETS وَ ATIC أَبْلَغَتْ عَنْ مِيزَةٍ فِي طَيْفِ الإِلِكْتْرُونِ عِنْدَ بَضْعِ مِئَاتٍ مِنْ GeV. يَبْدُو أَنَّ الفَوَائِضَ مُتَسَقَّةٌ وَتُشِيرُ إِلَى مَصْدَرٍ، تَقْلِيدِيٍّ أَوْ غَرِيبٍ، لِمُكَوِّنٍ إِضَافِيٍّ لَيْبْتُونِيٍّ.

هُنَا نُنَاقِشُ حَالَةَ البَحْثِ غَيْرِ المُبَاشِرِ عَنِ المَادَّةِ المُظَلَّمَةِ وَمَنْظُورٌ لِتَجَارِبِ PAMELA وَتِلْسْكُوبِ الفَضَاءِ الأَشْعَّةِ \(\gamma\) Fermi.

بِيَانَاتُ نِسْبَةِ الأَنْتِي بْرُوتُون إِلَى البْرُوتُون

تَجْرِبَةُ PAMELA (حَمُولَةٌ لِاسْتِكْشَافِ الْمَادَةِ الْمُضَادَةِ وَعِلْمِ الْفَلَكِ النَّوَوِيِّ الْخَفِيفِ) هِيَ جِهَازٌ مَحْمُولٌ بِالأَقْمَارِ الصِّنَاعِيَّةِ مُصَمَّمٌ لِدِرَاسَةِ الْجُسُومِ الْمَشْحُونَةِ فِي الإِشْعَاعِ الْكَوْنِيِّ مَعَ تَرْكِيزٍ خَاصٍّ عَلَى الْجُسُومِ الْمُضَادَةِ (الأَنْتِي بْرُوتُونَاتِ وَالْبُوزِيتْرُونَاتِ) (PAM). يُتَمُّ عَرْضُ بِيَانَاتِ الأَنْتِي بْرُوتُونِ مِنْ PAMELA (Pam_antip) مَعَ تَدْفِقِ الأَنْتِي بْرُوتُونِ الْمُتَوَقَّعِ مِنَ الإِنْتَاجِ الثَّانَوِيِّ الْقِيَاسِيِّ. يُتَمُّ حِسَابُ انْتِشَارِ الأَشْعَّةِ الْكَوْنِيَّةِ وَإِنْتَاجِ الْجُسُومِ الثَّانَوِيَّةِ وَالنُّظَائِرِ بِاسْتِخْدَامِ كُودِ GALPROP (galprop). تَظْهَرُ الْخُطُوطُ التَّدْفِقَاتِ الدُّنْيَا وَالْقُصُوى كَمَا هُوَ مُحَسُّبٌ فِي النُّمَاذِجِ مَعَ مَعَايِيرِ انْتِشَارٍ مُخْتَلِفَةٍ مُضَبُّطَةٍ لِتَتَنَاسَبَ مَعَ نِسْبَةِ الْبُورُونِ إِلَى الْكَرْبُونِ فِي الأَشْعَّةِ الْكَوْنِيَّةِ (SM134, SM2, jcap, ptuskin). تَتَوَافَقُ بِيَانَاتُ الأَنْتِي بْرُوتُونِ الَّتِي جَمَعَتْهَا PAMELA (Pam_antip) وَBESS (bess) مَعَ بَعْضِهَا الْبَعْضِ وَمَعَ التَّنَبُّؤَاتِ لِتَدْفِقِ الأَنْتِي بْرُوتُونِ الثَّانَوِيِّ وَبَالتَّالِي اسْتِبْعَادُ إِشَارَةٍ قَوِيَّةٍ لِلأَنْتِي بْرُوتُونِ مِنَ الْعَمَلِيَّاتِ الْغَرِيبَةِ.

يُتَمُّ إِجْرَاءُ الشَّكْلِ فِي إِطَارِ الْجَاذِبِيَّةِ الْفَائِقَةِ الدُّنْيَا بِتَثْبِيتِ الْمَعَلَّمَاتِ الأَقَلَّ حَسَاسِيَّةَ \(A_{0}\)، \(\tan \beta\) وَ \({\rm sign} (\mu) = +1\) وَفِي حَالَةِ عَامِلِ تَكْتُلِ 10 وَ \(\tan(\beta)=55\). بِنَاءً عَلَى التَّحْلِيلِ فِي (jcap)، يُمْكِنُ اسْتِبْعَادُ الْمَنْطِقَةِ أَدْنَاهُ الْخَطِّ بِنَاءً عَلَى بِيَانَاتِ الأَنْتِي بْرُوتُونِ. لِقِيمَةٍ أَكْبَرَ مِنْ tan(\(\beta\))، يَكُونُ الْمَجَالُ الْمُسْتَبْعَدُ لِلْمَعَلَّمَاتِ أَكْبَرَ، بَيْنَمَا لِلْقِيَمِ الأَدْنَى، تَكُونُ قُدْرَةُ تَدْفِقِ الأَنْتِي بْرُوتُونَاتِ عَلَى اسْتِكْشَافِ سِينَارِيُو الْجَاذِبِيَّةِ الْفَائِقَةِ الدُّنْيَا ضَعِيفَةً جِدًّا (jcap, ICHEP).

يُمْكِنُ مُقَارَنَةُ هَذِهِ النَّتِيجَةِ مَعَ التَّقْدِيرَاتِ الْمُسْتَنَدَةِ إِلَى حَسَاسِيَّةِ Fermi لِمُدَّةِ خَمْسِ سِنِينَ لِفُوتُونَاتِ الإِبَادَةِ WIMP (الطَّيفِ الْمُسْتَمِرِّ) مِنْ مَرْكَزِ الْمَجْرَةِ كَمَا هُوَ مَوْضَحٌ فِي الشَّكْلِ (susy). الشَّرِيطُ الأَحْمَرُ هُوَ الْمَنْطِقَةُ الْمَسْمُوحُ بِهَا كَوْنِيًّا بِوَاسِطَةِ WMAP (WMAP)؛ الْمَنْطِقَةُ فَوْقَ الْخَطِّ الأَزْرَقِ (\(M_{WIMP} \sim 200\) GeV) غَيْرُ مَرْئِيَّةٍ بِوَاسِطَةِ Fermi بِسَبَبِ كَتْلَةِ WIMP الأَعْلَى كُلَّمَا انْتَقَلْنَا إِلَى \(M_{1/2}\) أَعْلَى. الْمَلَفُ الشَّخْصِيُّ لِهَالَةِ الْمَادَةِ الْمُظِلِمَةِ الْمُسْتَخْدَمَةِ لِتَقْدِيرِ حَسَاسِيَّةِ الْبَحْثِ الْغَيْرِ الْمُبَاشِرِ لِـ Fermi هُوَ مَلَفُ Navarro، Frank وَWhite (NFW) الْمُقَطُّعِ. بِالنِّسْبَةِ لِمَلَفَاتِ الْهَالَةِ الأَكْثَرِ حَدَّةً (مِثْلُ مَلَفِ Moore)، تَتَحَرَّكُ حُدُودُ Fermi لِأَعْلَى، مُغَطِّيَةً مِنْطِقَةَ WMAP الْمَسْمُوحَ بِهَا بِشَكْلٍ أَوْسَعَ، بَيْنَمَا لِلْمَلَفِ الشَّخْصِيِّ الأَقَلَّ حَدَّةً (مِثْلُ الْمَلَفِ الشَّخْصِيِّ الْحَرَارِيِّ)، تَتَحَرَّكُ حُدُودُ Fermi لِأَسْفَلَ، مُغَطِّيَةً مِنْطِقَةَ WMAP الْمَسْمُوحَ بِهَا بِشَكْلٍ أَقَلَّ. حُدُودُ مُسْرِعِ LHC مِنْ (Baer).

نِسْبَةُ البُوزِيتْرُونِ وَزِيَادَةُ الإلِكْتْرُونِ

عَلَى عَكْسِ بِيَانَاتِ نِسْبَةِ الأَنْتِي بْرُوتُونِ إِلَى البْرُوتُونِ، تَظْهَرُ بِيَانَاتُ نِسْبَةِ البُوزِيتْرُونِ مِن PAMELA (Pam_pos) زِيَادَةً فَوْقَ \(\sim\)10 GeV الَّتِي لَا يُمْكِنُ تَفْسِيرُهَا بِالإنْتَاجِ الثَّانَوِيّ (SM134, jcap). نَلَاحِظُ أَنَّ التَّغْيِيرَ فِي بِيَانَاتِ نِسْبَةِ البُوزِيتْرُونِ أَدْنَاهُ \(\sim\)10 GeV رُبَّمَا يَكُونُ بِسَبَبِ تَعْدِيلِ الشَّمْسِ (clem) وَتَغْيِيرٍ فِي قُطْبِيَّةِ الْمَجَالِ الْمَغْنَاطِيسِيِّ الشَّمْسِيِّ مُقَارَنَةً بِالدُّورَةِ السَّابِقَةِ. الإغْرَاءُ لِلإدَّعَاءِ بِاكْتِشَافِ الْمَادَةِ الْمَظْلِمَةِ قَوِيٌّ، وَلَكِنَّ هُنَاكَ مَصَادِرَ فَلَكِيَّةً مُنَافِسَةً، مِثْلُ النُّجُومِ النَّابِضَةِ، الَّتِي يُمْكِنُ أَنْ تُعْطِيَ تَدْفُقًا قَوِيًّا لِلبُوزِيتْرُونَاتِ وَالإلِكْتْرُونَاتِ الأُولِيَّةِ (puls, coutu, posAn).

تَأْكِيدٌ مُسْتَقِلٌّ بِأَنَّ هُنَاكَ شَيْئًا مَثِيرًا لِلاهْتِمَامِ يَحْدُثُ مَعَ اللِّيبْتُونَاتِ فِي أَشْعَةٍ كَوْنِيَّةٍ جَاءَ مِنْ قِيَاسَاتِ الإلِكْتْرُونَاتِ عَالِيَةِ الطَّاقَةِ. لَمْ يُتَمِّ قِيَاسُ تَدْفُقِ الإلِكْتْرُونَاتِ الكَوْنِيَّةِ بِشَكْلٍ جَيِّدٍ فِي الْمَاضِي وَخَاصَّةً فِي طَاقَاتٍ عَالِيَةٍ جِدًّا بِسَبَبِ الطَّيْفِ الْحَادِّ جِدًّا وَبَالتَّالِي الْحَاجَةِ إِلَى قُوَّةِ رَفْضٍ عَالِيَةٍ وَتَعْرِيضٍ طَوِيلٍ. أَظْهَرَتْ مُحَاكَاةُ انْتِشَارِ الإلِكْتْرُونِ مِنَ الْمَصَادِرِ الْمَحَلِيَّةِ (kobayashi) أَنَّهُ قَدْ يَتَوَقَّعُ وُجُودَ مِيزَاتٍ فِي طَيْفِ الإلِكْتْرُونِ فِي نِطَاقِ TeV حَيْثُ يَزْدَادُ تَدْرِيجِيًّا تَدْفُقُ الإلِكْتْرُونَاتِ الكَوْنِيَّةِ الْمَجْرِيَّةِ. مِنْ نَاحِيَةٍ أُخْرَى، قَدْ تُنْتِجُ إِبَادَةُ جُسَيْمَاتِ كَالُوزَا-كْلَايِنَ مِيزَاتٍ طَيْفِيَّةٍ فِي نِطَاقِ sub-TeV (dark2). جَاءَتِ الإشَارَةُ الأُولَى لِمِيزَةٍ (أَوْ زِيَادَةٍ) فِي طَيْفِ الإلِكْتْرُونِ عِنْدَ بَضْعِ مِئَاتٍ مِنْ GeV مِنْ رَحْلَةِ PPB-BETS قَبْلَ بَضْعِ سِنِينَ (ppb). تَأْكِيدٌ حَدِيثٌ لِلزِّيَادَةِ بِوَاسِطَةِ ATIC (atic) يُعْطِي ثِقَةً أَكْبَرَ بِأَنَّ هَذَا لَيْسَ تَأْثِيرًا أَدَاتِيًّا.

كَيْفَ يُمْكِنُ لِلْمَرْءِ أَنْ يُمَيِّزَ بَيْنَ مُسَاهَمَاتِ النُّجُومِ النَّابِضَةِ وَإِبَادَةِ الْمَادَةِ الْمَظْلِمَةِ؟ عَلَى الأَرْجَحِ، سَيَتَطَلَّبُ تَأْكِيدُ إشَارَةِ الْمَادَةِ الْمَظْلِمَةِ تَنَاسُقًا بَيْنَ تَجَارِبٍ مُخْتَلِفَةٍ وَقِيَاسَاتٍ جَدِيدَةٍ لِلزِّيَادَاتِ الْمُبَلَّغِ عَنْهَا بِإِحْصَائِيَّاتٍ كَبِيرَةٍ. يَجِبُ أَنْ تَكُونَ الزِّيَادَةُ الْمَلْحُوظَةُ فِي نِسْبَةِ البُوزِيتْرُونِ مُتَسَقَّةً مَعَ الإشَارَاتِ الْمُقَابِلَةِ فِي تَدْفُقَاتِ البُوزِيتْرُونِ وَالإلِكْتْرُونِ الْمُطْلَقَةِ فِي بِيَانَاتِ PAMELA وَجَمِيعِ بِيَانَاتِ اللِّيبْتُونِ الَّتِي جَمَعَتْهَا Fermi (fermi). لَدَى Fermi مَسَاحَةٌ فَعَّالَةٌ كَبِيرَةٌ وَعُمْرٌ مُتَوَقَّعٌ طَوِيلٌ، 5 سِنُوَاتٍ اسْمِيَّةٍ مَعَ هَدَفِ 10 سِنُوَاتِ مُهِمَّةٍ، مَمَّا يَجْعَلُهَا مُكْتَشِفًا مُمْتَازًا لِإلِكْتْرُونَاتِ الأَشْعَةِ الكَوْنِيَّةِ حَتَّى \(\sim\)1 TeV (moiseev). سَتَتِمَكِّنُ قِيَاسَاتُ Fermi لِتَدْفُقِ اللِّيبْتُونِ الْكَلِيِّ بِإِحْصَائِيَّاتٍ كَبِيرَةٍ مِنَ التَّمَيُّزِ بَيْنَ تَغْيِيرٍ تَدْرِيجِيٍّ فِي الْمِيلِ مَعَ قَطْعٍ حَادٍّ بِثِقَةٍ عَالِيَةٍ (dark2). الأَخِيرُ، كَمَا هُوَ مُوضَّحٌ فِي الشَّكْلِ، يُمْكِنُ أَنْ يَكُونَ دَلِيلًا لِصَالِحِ فَرْضِيَّةِ الْمَادَةِ الْمَظْلِمَةِ. يَجِبُ أَنْ يُصَاحِبَ الإشَارَةُ اللِّيبْتُونِيَّةُ الْقَوِيَّةُ زِيَادَةً فِي عَائِدِ الأَشْعَةِ السِّينِيَّةِ مَمَّا يُوفِّرُ تَوْقِيعًا طَيْفِيًّا مُمَيِّزًا قَابِلًا لِلكَشْفِ بِوَاسِطَةِ Fermi (lars, nima). قَدْ تُعْطِينَا بِيَانَاتُ الأَنْتِي بْرُوتُونِ بِإِحْصَائِيَّاتٍ أَعْلَى وَفِي طَاقَاتٍ أَعْلَى الَّتِي جَمَعَتْهَا PAMELA بَعْضَ الأَدِلَّةِ.

إِذَا كَانَتْ مَصَادِرُ البُوزِيتْرُونَاتِ الزَّائِدَةِ هِيَ النُّجُومُ النَّابِضَةُ، فَيَجِبُ أَنْ تَكُونَ قَرِيبَةً جِدًّا مِنَّا وَبَالتَّالِي، قَدْ تَكُونُ قَابِلَةً لِلكَشْفِ فِي الأَشْعَةِ السِّينِيَّةِ مَعَ Fermi. فِي هَذِهِ الْحَالَةِ، يَجِبُ أَنْ نَتَوَقَّعَ مِيزَاتٍ أَوْسَعَ فِي طَيْفِ الإلِكْتْرُونِ وَالبُوزِيتْرُونِ بِدُونِ قَطُوعَاتٍ حَادَّةٍ. فِي الْوَقْتِ نَفْسِهِ، قَدْ لَا يَعْمَلُ الاخْتِبَارُ الْمُقْتَرَحُ لِلتَّبَايُنِ فِي تَدْفُقِ اللِّيبْتُونِ الْكَلِيِّ (الإلِكْتْرُونِ+البُوزِيتْرُونِ) (posAn). أَوَّلًا، التَّبَايُنُ الْمُتَوَقَّعُ صَغِيرٌ جِدًّا، بِجُزْءٍ مِنَ النِّسْبَةِ الْمِئَوِيَّةِ. ثَانِيًا، يُؤَثِّرُ التَّعْدِيلُ الْهِلِيُوسْفِيرِيُّ بِشَكْلٍ كَبِيرٍ عَلَى تَدْفُقِ أَنْوَاعِ الأَشْعَةِ الكَوْنِيَّةِ دُونَ 20-50 GeV. قَدْ يُؤَثِّرُ الْمَجَالُ الْمَغْنَاطِيسِيُّ الْهِلِيُوسْفِيرِيُّ الْمُمْتَدُّ وَالرِّيَاحُ الشَّمْسِيَّةُ عَلَى اتِّجَاهَاتِ وُصُولِ جُزَيْئَاتِ الأَشْعَةِ الكَوْنِيَّةِ حَتَّى فِي طَاقَاتٍ أَعْلَى. لِذَلِكَ، حَتَّى لَوْ تُمَّ مُلَاحَظَةُ التَّبَايُنِ، فَقَدْ يَكُونُ مُرْتَبِطًا بِتَكْوِينِ الْمَجَالِ الْمَغْنَاطِيسِيِّ الْهِلِيُوسْفِيرِيِّ بَدَلًا مِنَ الْمَصَادِرِ الْمَحَلِيَّةِ لِليِبْتُونَاتِ الأُولِيَّةِ.

الْخَاتِمَةُ

لَقَدْ فَتَحَتِ الْقِيَاسَاتُ الدَّقِيقَةُ الأُخِرَى لِلإلِكْتِرُونَاتِ وَالْبُوزِيتْرُونَاتِ الْكَوْنِيَّةِ الَّتِي أَجْرَتْهَا بَامِيلا وَبِي بِي بِي-بِيتْس وَأَتِيكَ عُصْرًا جَدِيدًا فِي فِيزِيَاءِ الْجُسُومِ الْفَلَكِيَّةِ. إِنَّ الْخَصَائِصَ أَوِ الزِّيَادَاتِ الْمُلَاحَظَةَ تَكْسِرُ السُّلُوكَ الْمُمِلَّ لِقَانُونِ الْقُوَّةِ الْوَاحِدَةِ الْمُعْتَادِ لِطَيفِ الأَشْعَّةِ الْكَوْنِيَّةِ. يَجِبُ تَأْكِيدُ مَنْشَأِهَا الْغَرِيبِ مِنْ خِلَالِ النَّتَائِجِ الْمُكَمِّلَةِ فِي أَشْعَّةِ \(\gamma\) الَّتِي يَلَاحِظُهَا تِلْسَكُوبُ فِيرْمِي وَتِلْسَكُوبَاتُ تَشِيرِينْكُوفَ الْجَوِّيَّةِ، وَمِنْ خِلَالِ مُصَادِمِ الْهَادْرُونَاتِ الْكَبِيرِ فِي حُطَامِ تَدْمِيرِ الْبُرُوتُونَاتِ عَالِيَةِ الطَّاقَةِ. سَتَكُونُ الإِجَابَةُ الإِيجَابِيَّةُ اِخْتِرَاقًا كَبِيرًا وَسَتُغَيِّرُ فَهْمَنَا لِلْكَوْنِ إِلَى الأَبَدِ. مِنْ نَاحِيَةٍ أُخْرَى، إِذَا كَانَتْ مَصْدَرًا فَلَكِيًّا تَقْلِيدِيًّا لِلأَشْعَّةِ الْكَوْنِيَّةِ، فَهَذَا يَعْنِي الْكَشْفَ الْمُبَاشِرَ عَنِ الْجُسُومِ الْمُسَرَّعَةِ فِي مَصْدَرٍ فَلَكِيٍّ، وَهُوَ أَيْضًا اِخْتِرَاقٌ كَبِيرٌ. فِي هَذِهِ الْحَالَةِ، سَنَتَعَلَّمُ الْكَثِيرَ عَنْ بِيئَتِنَا الْمَجْرِيَّةِ الْمَحَلِّيَّةِ. وَمَعَ ذَلِكَ، بَغْضَ النَّظَرِ عَنْ مَنْشَأِ هَذِهِ الزِّيَادَاتِ، سَوَاءٌ كَانَتْ غَرِيبَةً أَوْ تَقْلِيدِيَّةً، يُمْكِنُنَا تَوَقُّعُ سِنُوَاتٍ مُثِيرَةٍ لِلغَايَةِ فِي الْمُسْتَقْبَلِ.

يَعْتَرِفُ إي. في. إم. بِالدَّعْمِ مِنْ بَرْنَامَجِ نَاسَا لِبَحْوَثِ وَتَحْلِيلِ الْفِيزِيَاءِ وَالْفَلَكِ (APRA).

فَائِضُ الْإِلِكْتْرُونَاتِ