מאת פסח בנסון • 17 בספטמבר 2025
ירושלים, 17 בספטמבר 2025 (TPS-IL) — ניסוי פורץ דרך קבע רף חדש בחיפוש אחר אחד התעלומות העתיקות ביותר בפיזיקה: חומר אפל קל. מדענים השיגו רגישות חסרת תקדים בזיהוי אינטראקציות חלשות בין חומר אפל לחומר רגיל, ומציעים נתיב חדש לגילויים עתידיים ודוחפים את גבולות ההבנה המדעית של היקום.
חומר אפל הוא חומר בלתי נראה המהווה כ-85% מהחומר ביקום. הוא אינו פולט, סופג או מחזיר אור, ולכן מדענים מזהים אותו רק דרך השפעותיו הכבידתיות, כמו האופן שבו גלקסיות מסתובבות או מעקמות אור. חומר אפל חיוני מכיוון שהוא מעצב גלקסיות, משפיע על מבנה הקוסמוס ומשפיע על היווצרות כוכבים ופלנטות. חומר אפל קל, לעומת זאת, מתייחס לחלקיקים קלים הרבה יותר – לעיתים אלפי או מיליוני מונים פחות מסיביים מפרוטון. מכיוון שהם נושאים הרבה פחות אנרגיה, זיהויים קשה הרבה יותר.
ההבחנה קשורה בעיקר לגודל החלקיקים ולרגישות הנדרשת מהגלאים.
הבנת חומר אפל יכולה לחשוף פיזיקה חדשה לחלוטין מעבר למודל הסטנדרטי.
הפריצה מגיעה מניסוי חדש בשם QROCODILE, או "Quantum Resolution-Optimized Cryogenic Observatory for Dark Matter Incident at Low Energy", בהובלת אוניברסיטת ציריך והאוניברסיטה העברית בירושלים. שיתוף הפעולה הבינלאומי כולל גם את אוניברסיטת קורנל, מכון קרלסרוהה לטכנולוגיה ומכון הטכנולוגיה של מסצ'וסטס.
בליבת QROCODILE נמצא גלאי מוליך-על מקורר קרוב לאפס המוחלט, המסוגל לחוש הפקדי אנרגיה זעירים כמו 0.11 אלקטרון-וולט – מיליוני מונים קטנים מאלו הנמדדים בניסויי פיזיקת חלקיקים סטנדרטיים. זה מאפשר לחוקרים לחקור חלקיקי חומר אפל עם מסות נמוכות בהרבה מאלו שנחקרו בעבר.
במהלך ריצת מדע של 400 שעות, הניסוי רשם מספר אותות בלתי מוסברים. למרות שמוקדם מדי לאשר אותם כחומר אפל – הם יכולים לנבוע מקרי קוסמיים או קרינת רקע טבעית – הנתונים כבר אפשרו לצוות לקבוע גבולות מובילים בעולם לאופן שבו חומר אפל קל מקיים אינטראקציה עם אלקטרונים וגרעיני אטומים.
תכונה חדשנית של QROCODILE היא הפוטנציאל שלו לקבוע את כיוון החלקיקים הנכנסים. מכיוון שכדור הארץ נע דרך ההילה הגלקטית, חומר אפל צפוי להגיע מכיוון מועדף. שדרוגים עתידיים יוכלו לאפשר למדענים להבחין בין אותות חומר אפל אמיתיים לרעשי רקע אקראיים, צעד חיוני לקראת זיהוי מוחלט.
"בפעם הראשונה, הצבנו אילוצים חדשים על קיומו של חומר אפל קל במיוחד," אמרה פרופ' יונית הוכברג מהמכון לפיזיקה ע"ש רקח באוניברסיטה העברית, אחת המדעניות המובילות בפרויקט. "זוהי צעד ראשון חשוב לקראת ניסויים גדולים יותר שיכולים בסופו של דבר להשיג את הזיהוי הישיר המבוקש זמן רב."
השלב הבא של הפרויקט, NILE QROCODILE, ישפר עוד יותר את רגישות הגלאי ויעביר את הניסוי למעמקי האדמה כדי להפחית הפרעות מקרי קוסמיים. חוקרים מתכננים לפרוס מערכי גלאים גדולים יותר, לדחוף את ספי האנרגיה נמוך עוד יותר, ולשפר את המיגון, כל זאת במטרה לחקור את היקום האפל בפירוט רב יותר.
בעוד שהגילוי הסופי של חומר אפל קל נותר לא ודאי, QROCODILE מדגים שמדענים מצוידים כעת לחקור תחומים שנחשבו בעבר מעבר להישג יד.
"עם הכלים החדשים הללו, אנו פותחים חלון לחלק ביקום שהיה חבוי זמן רב," הוסיפה פרופ' הוכברג. "האפשרויות לגילוי הן עצומות, ואנחנו רק מתחילים."
הממצאים פורסמו בכתב העת המדעי Physical Review Letters.
