في اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم، مر الكون بتوسع سريع — التضخم الكوني. تمدد الفضاء أسرع من الضوء، وتحولت الاهتزازات الكمومية للفراغ إلى جسيمات حقيقية. هكذا ربما وُلدت المادة المظلمة — المادة غير المرئية التي تمنع المجرات من التمزق.
درس مؤلفو العمل جسيمًا افتراضيًا — الفوتون المظلم. وهو نظير للفوتون العادي، لكن بكتلة ضئيلة. في النماذج التي يغير فيها التضخم هندسة الفضاء، تعتمد خصائص الفوتون المظلم على مسار التمدد نفسه. أظهرت الحسابات: إذا لم نأخذ هذا الاعتماد في الاعتبار، يمكن أن نخطئ في عدد الجسيمات المنتجة بمئات المرات.
أخذ العلماء نموذج التضخم الذي اقترحه أليكسي ستاروبنسكي في عام 1980. في هذا النموذج، لا يتم التمدد بواسطة حقل، بل بواسطة تصحيحات على انحناء الزمكان. لهذا السيناريو، قاموا بتكامل معادلات إنتاج الجسيمات بأمانة من بداية التضخم حتى يومنا هذا. النتيجة — تنبؤ بالكتلة يمكن اختباره في التجارب المعملية للبحث عن الفوتونات المظلمة.
هكذا تكون الاهتزازات الكمومية للفراغ، التي تجمدت في اللحظات الأولى، مفتاحًا لحل لغز تكوين الكون الحالي. النافذة الضيقة للكتل ليست مجرد رقم، بل دعوة لاختبار مباشر للنظرية.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2607.29149v1
We present a detailed investigation of scenarios in which dark-photon dark matter is produced from quantum fluctuations during inflation. In particular, we focus on inflationary models that necessarily involve a Weyl transformation, dependent on the inflaton amplitude, in order to move to the Einstein frame. In such models, the kinetic function of the longitudinal mode of the dark photon varies throughout, and even after, the inflationary period. We show that this variation of the kinetic function has a substantial impact on the resulting relic abundance of dark photons. As a representative and phenomenologically important example, we analyze the Starobinsky inflation model, for which we perform an accurate computation of the relic dark-photon abundance. By imposing the relevant observational constraints, we find that, in order to reproduce the observed dark-matter density in the present Universe, the dark-photon mass must lie in the range $$5.6 < m < 7.4\,\mu\mathrm{eV}$$ within the framework considered in this work.
الفوتونات المظلمة، إذا كانت موجودة، يمكن أن تختلط بشكل ضعيف جدًا مع الضوء العادي. يبحثون عنها من خلال «الاستماع» إلى تجويف معدني فارغ باستخدام أجهزة استقبال راديوية فائقة الحساسية.