นักฟิสิกส์ในการตามล่าหามือที่มองไม่เห็นซึ่งหล่อหลอมจักรวาลของเราและกาแลคซีที่อยู่ภายในนั้นได้หันไปมองด้านมืด โดยเฉพาะอย่างยิ่งทีมหนึ่งกำลังตามหลังหินทุกลำของจักรวาลสำหรับโฟตอนมืดที่เรียกว่าซึ่งสามารถส่งพลังธรรมชาติที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้
โฟตอนเหล่านี้จะเป็นสื่อกลางในการโต้ตอบระหว่างสสารปกติกับสิ่งที่มองไม่เห็นที่เรียกว่าสสารมืด
แต่นักวิทยาศาสตร์ได้เข้าใจมานานแล้วว่าธรรมชาตินั้นถูกยืดและดึงและถูกบดขยี้และถูกบดขยี้โดยกองกำลังที่รู้จักสี่แห่งดังนั้นกองกำลังอื่นจะซ่อนตัวจากเราได้นานขนาดไหน? กองกำลังทั้งสี่ที่รู้จักกันเป็นส่วนประกอบสำคัญของการดำรงอยู่ในชีวิตประจำวันของเรา: พลังนิวเคลียร์ที่กดขี่ข่มเหง แรงนิวเคลียร์ที่ไม่ชัดเจนและกระซิบที่เงียบสงบซึ่งควบคุมการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีและพูดคุยกับอนุภาคย่อยที่เรียกว่านิวตริโน แรงแม่เหล็กไฟฟ้าตัวหนาและสว่างซึ่งครอบงำชีวิตของเรา และแรงดึงดูดอันลึกซึ้งโดยที่อ่อนแอที่สุดของวงสี่
การใช้กำลังพื้นฐานทั้งสี่นี้ทำให้นักฟิสิกส์สามารถวาดภาพเหมือนของโลก subatomic และ macroscopic ของเรา ไม่มีการโต้ตอบที่ไม่เกี่ยวข้องกับหนึ่งในสี่ตัวละครเหล่านั้น ถึงกระนั้นความลึกลับก็ยังมีอยู่มากมายเกี่ยวกับปฏิกิริยาในจักรวาลของเราโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระดับที่ใหญ่ที่สุด เมื่อเราขยายออกไปถึงระดับของกาแลคซีและไกลออกไปบางสิ่งบางอย่างที่เกิดขึ้นในปลาและเราให้ชื่อของสสารมืดที่มีความเป็นปลานั้น
สสารมืดนั้นเรียบง่ายและไม่มีเครื่องตกแต่งหรือซ่อนกองทัพที่ไม่ทราบมาก่อนในเงื้อมมือของมันหรือไม่? ตอนนี้ทีมนักฟิสิกส์นานาชาติซึ่งอธิบายการทำงานออนไลน์ในวารสาร preprint ของ arXiv ได้ใช้การถ่ายโอนข้อมูลจาก Large Hadron Collider ซึ่งเป็นเครื่องตีอะตอมที่ใหญ่ที่สุดในโลกเพื่อค้นหาแรงดังกล่าว สำหรับตอนนี้การค้นหาของพวกเขาว่างเปล่า - ซึ่งเป็นสิ่งที่ดี (เรียงลำดับ): มันหมายถึงกฎทางฟิสิกส์ที่เรารู้จักกันดียังคงมีอยู่ แต่เรายังอธิบายสสารมืดไม่ได้
หายไปในความมืด
สสารมืดเป็นรูปแบบสมมุติของสสารที่กล่าวกันว่ามีมวลประมาณ 80% ของมวลทั้งหมดของเอกภพ มันเป็นเรื่องใหญ่ เราไม่รู้จริง ๆ ว่าอะไรเป็นความรับผิดชอบของสิ่งที่มองไม่เห็นทั้งหมดนี้ แต่เรารู้ว่ามันมีอยู่และเงื่อนงำที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของเราคือแรงโน้มถ่วง โดยการตรวจสอบการเคลื่อนที่ของดาวภายในกาแลคซีและกาแลคซีภายในกระจุกดาวรวมถึงวิวัฒนาการของโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดในเอกภพนักดาราศาสตร์เกือบทุกคนสรุปว่ามีมากกว่าสายตากาแลคซี
ชื่อที่ดีกว่าสำหรับสสารมืดอาจเป็นสสารที่มองไม่เห็น ในขณะที่เราสามารถอนุมานได้จากอิทธิพลความโน้มถ่วงของมัน (เพราะไม่มีสิ่งใดหนีสายตาที่มองเห็นได้ของ Albert Einstein) สสารมืดก็ไม่โต้ตอบกับแสง เรารู้สิ่งนี้เพราะถ้าสสารมืดมีปฏิสัมพันธ์กับแสง (หรืออย่างน้อยถ้ามันมีปฏิสัมพันธ์กับแสงในแบบที่สสารคุ้นเคย) เราก็จะได้เห็นสารลึกลับในตอนนี้ แต่เท่าที่เราสามารถบอกได้สสารมืด - ไม่ว่ามันจะเป็นอะไร - ไม่ดูดซับแสงสะท้อนแสงหักเหแสงกระจายแสงหรือเปล่งแสง สำหรับสสารมืดแสงเป็นเพียงตัวละครไม่ใช่กรา; มันอาจจะไม่มีอยู่ด้วยซ้ำ
ดังนั้นจึงเป็นไปได้อย่างมากที่อนุภาคสสารแห่งความมืดจะไหลผ่านร่างกายของคุณในขณะนี้ มวลรวมของกระแสที่ไม่มีที่สิ้นสุดนั้นสามารถกำหนดชะตากรรมของกาแลคซีผ่านอิทธิพลความโน้มถ่วง แต่มันผ่านสสารปกติโดยไม่ต้องทักทาย หยาบคายฉันรู้ แต่นั่นเป็นสสารมืดสำหรับคุณ
นำแสงสว่าง
เนื่องจากเราไม่รู้ว่าสสารมืดทำอะไรเรามีอิสระที่จะสร้างสถานการณ์ทุกประเภททั้งทางโลกและทางจินตนาการ ภาพสสารมืดที่ง่ายที่สุดบอกว่ามันใหญ่และธรรมดา ใช่มันประกอบด้วยมวลส่วนใหญ่ของเอกภพ แต่ประกอบด้วยเพียงอนุภาคเดียวที่มีความอุดมสมบูรณ์สูงซึ่งไม่ได้ทำอะไรนอกจากมีมวล นั่นหมายความว่าวัสดุสามารถทำให้ตัวเองรู้จักด้วยแรงโน้มถ่วง แต่ไม่เคยมีปฏิสัมพันธ์กับกองกำลังอื่น เราจะไม่มีวันได้เห็นสสารมืดที่ทำสิ่งอื่นใด
สถานการณ์ที่เพ้อฝันเป็นเรื่องสนุกมากขึ้น
เมื่อนักทฤษฎีเบื่อพวกเขาจะปรุงความคิดเกี่ยวกับสสารมืดที่อาจเป็นไปได้และที่สำคัญกว่านั้นคือเราจะตรวจจับได้อย่างไร ระดับต่อไปในระดับสสารทฤษฎีสสารมืดที่น่าสนใจบอกว่าสารสามารถพูดคุยกับสสารปกติผ่านทางพลังนิวเคลียร์ที่อ่อนแอเป็นครั้งคราว ความคิดนั้นเป็นแรงกระตุ้นให้เกิดการทดลองและเครื่องตรวจจับสสารมืดทั่วโลกในทุกวันนี้
แต่ถึงกระนั้นสถานการณ์สมมติก็ยังคงมีเพียงสี่กองกำลังของธรรมชาติ หากสสารมืดเป็นอนุภาคที่มองไม่เห็นก่อนหน้านี้ก็มีเหตุผลที่จะแนะนำอย่างสมบูรณ์ (เพราะเราไม่รู้ว่าเราถูกหรือไม่) ว่ามันมาพร้อมกับพลังแห่งธรรมชาติที่ไม่รู้จักมาก่อน - หรืออาจเป็นคู่ที่รู้ ? พลังที่มีศักยภาพนี้อาจปล่อยให้สสารมืดพูดกับสสารมืดเท่านั้นหรืออาจรวมสสารมืดและพลังงานมืด (ซึ่งเรายังไม่เข้าใจ) หรืออาจเปิดช่องทางการสื่อสารใหม่ระหว่างภาคปกติและภาคมืดของจักรวาลของเรา .
การเพิ่มขึ้นของโฟตอนมืด
พอร์ทัลการสื่อสารหนึ่งที่เสนอระหว่างอาณาจักรแห่งแสงและความมืดคือสิ่งที่เรียกว่าโฟตอนมืดซึ่งคล้ายกับโฟตอนที่คุ้นเคยของแสงแม่เหล็กไฟฟ้า เราไม่ได้เห็นหรือลิ้มรสหรือได้กลิ่นโฟตอนโดยตรง แต่พวกมันอาจเข้ากันกับโลกของเรา ในสถานการณ์นี้สสารมืดปล่อยโฟตอนมืดซึ่งเป็นอนุภาคที่ค่อนข้างใหญ่ ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีเอฟเฟ็กต์ในช่วงสั้น ๆ เท่านั้น แต่บางครั้งโฟตอนมืดสามารถโต้ตอบกับโฟตอนปกติเปลี่ยนพลังงานและวิถีของมัน
นี่จะเป็นเหตุการณ์ที่หายากมาก ไม่เช่นนั้นเราจะสังเกตเห็นบางสิ่งที่ขี้ขลาดเกิดขึ้นกับแม่เหล็กไฟฟ้ามานานแล้ว
ดังนั้นแม้จะมีโฟตอนมืดเราก็ไม่สามารถมองเห็นสสารมืดได้โดยตรง แต่เราสามารถดักจับโฟตอนมืดได้โดยการตรวจสอบปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า ในส่วนเล็ก ๆ ของ gobs เหล่านั้นโฟตอนมืดสามารถ "ขโมย" พลังงานจากโฟตอนปกติโดยการโต้ตอบกับมัน
แต่อย่างที่ฉันบอกว่าเราต้องมีปฏิสัมพันธ์มากมาย มันเพิ่งเกิดขึ้นที่เราได้สร้างเครื่องจักรยักษ์แห่งวิทยาศาสตร์ขึ้นมาเพื่อผลิตสิ่งนั้นดังนั้นเราจึงโชคดี
ในกระดาษ arXiv นักฟิสิกส์รายงานผลลัพธ์ของพวกเขาหลังจากตรวจสอบข้อมูลสามปีจาก Super Proton Synchrotron ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ใหญ่เป็นอันดับสองที่ CERN สำหรับการทดลองนี้นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการชนโปรตอนเทียบกับ subatomic ของกำแพงอิฐและดูชิ้นส่วนทั้งหมดในผลที่ตามมา
ในซากปรักหักพังนักวิจัยพบว่าอิเล็กตรอนมีจำนวนมาก ตลอดระยะเวลาสามปีที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ได้นับอิเล็กตรอนมากกว่า 20 พันล้านตัวพร้อมพลังงานมากกว่า 100 GeV เนื่องจากอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีประจุและชอบที่จะมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันอิเล็กตรอนพลังงานสูงในการทดลองนี้จึงมีโฟตอนจำนวนมาก หากมีโฟตอนมืดอยู่ในบางครั้งพวกเขาควรโต้ตอบและขโมยพลังงานจากโฟตอนปกติปรากฏการณ์หนึ่งที่จะปรากฏในการทดลองเมื่อขาดแสง
การค้นหาโฟตอนมืดนี้เกิดขึ้นว่างเปล่า - โฟตอนปกติทั้งหมดมีอยู่และคิดเป็นสัดส่วน - แต่นั่นไม่ได้กีดกันการมีโฟตอนมืดทั้งหมด แต่จะวางข้อ จำกัด เกี่ยวกับคุณสมบัติที่อนุญาตของอนุภาคเหล่านี้ หากมีอยู่จริงพวกเขาจะเป็นพลังงานต่ำ (น้อยกว่า GeV ตามผลลัพธ์ของการทดสอบ) และจะไม่ค่อยโต้ตอบกับโฟตอนปกติเท่านั้น
อย่างไรก็ตามการค้นหาโฟตอนมืดยังคงดำเนินต่อไปอย่างไรก็ตามด้วยการทดลองในอนาคตของชุดการทดลองที่จะกลับบ้านยิ่งขึ้นไปอีกสำหรับสิ่งมีชีวิตที่นำเสนอนี้ของโลก Subatomic
อ่านเพิ่มเติม: "การค้นหาสสารมืดในเหตุการณ์พลังงานที่ขาดหายไปด้วย NA64"
Paul M. Sutter เป็นนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอโฮสต์ของ "ถามนักบินอวกาศ" และ "วิทยุอวกาศ, "และผู้แต่ง"สถานที่ของคุณในจักรวาล."
