สารที่มองไม่เห็นแทรกซึมเข้าไปในเอกภพเปลี่ยนเส้นทางของดวงดาวและกาแลกซี่
สสารมืดที่เรียกว่าสิ่งนี้ออกแรงดึงความโน้มถ่วง แต่ก็ไม่เคยทำปฏิกิริยากับแสง ไม่มีใครรู้ว่ามันทำมาจากอะไรและมันเป็นไปไม่ได้ที่จะตรวจพบได้จนถึงตอนนี้ แต่ในที่สุดทฤษฎีใหม่ก็สามารถทดสอบสสารมืดได้
สสารมืดอาจจะประกอบไปด้วยแม่เหล็กครึ่งแม่เหล็กแปลก ๆ นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเดวิสกล่าวในการนำเสนอเมื่อวันที่ 6 มิถุนายนที่การประชุมพลังค์ 2019 ที่เมืองกรานาดาประเทศสเปน และด้วยการเปิดกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่มีประสิทธิภาพจริงๆ (ในขณะนี้ยังไม่มีอยู่) เราอาจจะสามารถตรวจจับได้ในที่สุด
แต่นักฟิสิกส์บางคนก็ไม่เชื่อ
“ ฉันคิดว่ามันเรียบร้อย แต่ไม่ค่อยมีแนวโน้ม” ซาบีนโฮสเซนเฟลเดอร์นักวิจัยจากสถาบันการศึกษาขั้นสูงแฟรงค์เฟิร์ตกล่าวซึ่งไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษากล่าว มีอนุภาคมากมายที่คุณสามารถประดิษฐ์ได้ซึ่งอาจทำให้สสารมืดเป็นอนันต์ นี่เป็นเพียงหนึ่งในพวกเขาเธอเพิ่ม
“ สำหรับแต่ละอนุภาคเหล่านี้คุณสามารถทำการคำนวณได้มากมายเผยแพร่เอกสารและคิดการทดลองซึ่งคุณสามารถลองหาเงินทุนได้” เธอกล่าว "ถ้าคุณโชคดีจริงๆใครบางคนจะทำการทดสอบของคุณ - ซึ่งจะไม่พบอะไรเลย"
การแสวงหาสสารมืด
ถึงแม้ว่าทฤษฎีจะทำนายสสารมืด แต่เราก็ไม่ทราบว่ามันมีลักษณะอย่างไรหรือเกิดจากอะไร ในขณะที่มี "เรื่องราวที่สวยงาม" ที่สสารมืดนั้นประกอบไปด้วยสัตว์ร้ายที่ขี้เลื่อยขี้อายของอนุภาคที่รู้จักกันในชื่ออนุภาคขนาดใหญ่ที่มีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอหรือ WIMP ผู้ร่วมเขียนการศึกษาใหม่กล่าวว่าจอห์นเทอริ่ง ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียเดวิส
เป็นเวลาหลายปีที่นักวิทยาศาสตร์ค้นหาอนุภาคที่ช้าและไร้ค่าเหล่านี้โดยใช้เครื่องเร่งอนุภาคที่ทรงพลัง แต่เมื่อเวลาผ่านไปนักฟิสิกส์ได้จัดการกับผู้สมัคร WIMP มากขึ้นเรื่อย ๆ และความคิดที่เป็นที่นิยมก็สูญเสียการฉุดลาก แม้ว่าในช่วง 10 ปีที่ผ่านมาจะไม่มีการตัดทอนอย่างสมบูรณ์ แต่ผู้คนต่างก็คิดถึงความเป็นไปได้อื่น ๆ นอกเหนือจาก WIMP "Terning กล่าว
อีกทฤษฎีหนึ่งเสนอว่าสสารมืดนั้นประกอบด้วยอนุภาคของแสงหรือโฟตอน
นอกเหนือจากโฟตอนธรรมดาที่เรามองเห็นแล้วอาจมีโฟตอนบางตัวที่เรามองไม่เห็นเทอริ่งกล่าว สิ่งเหล่านี้เรียกว่า "โฟตอนมืด" เป็นอนุภาคสมมุติฐานที่มีมวล แต่เบากว่าอิเล็กตรอน โฟตอนมืดจะโต้ตอบ - แต่ค่อนข้างอ่อน - กับโฟตอนปกติ
ในการศึกษาใหม่นี้ Terning และนักวิจัยหลังปริญญาเอกของเขา Christopher Verhaaren สร้างขึ้นบนทฤษฎีนี้โดยเสนอว่าสสารมืดอาจประกอบด้วยแม่เหล็กครึ่งความมืดแม่เหล็กครึ่งครึ่งที่สมมุติฐานเหล่านี้น่าจะเป็นโมโนโพลยาวหรือแม่เหล็ก มีเพียงเสาเดียวเท่านั้นที่นักฟิสิกส์ Paul Dirac เสนอครั้งแรกในช่วงทศวรรษที่ 1930 (แม้จะมีการล่าสัตว์มานานหลายทศวรรษ แต่ยังไม่มีใครพบหลักฐานใด ๆ สำหรับพวกเขาในธรรมชาติ)
Dirac ไม่เพียง แต่เสนอโมโนโพลเท่านั้น เขาเสนอว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ โมโนโพลนั้นจะได้รับอิทธิพลจากสนามแม่เหล็ก ดังนั้นถ้าทฤษฎีของ Terning และ Verhaaren นั้นถูกต้องและแม่เหล็กครึ่งหนึ่งที่มืดเหล่านี้จะแฝงตัวอยู่ที่ไหนสักแห่งในจักรวาล - และถ้าแม่เหล็กครึ่งมืดเหล่านั้นทำตัวเหมือนโมโนโพลของ Dirac พวกมันก็จะทิ้งร่องรอยที่ซ่อนเร้นไว้ในเส้นทางของอิเล็กตรอน
หากมีโมโนโพลีมืดอยู่พวกมันจะปล่อยโฟตอนมืดที่สามารถเปลี่ยนเป็นโฟตอนปกติก่อนที่จะถูกดูดซับโดยอิเล็กตรอน Terning กล่าว ปฏิกิริยานี้จะทำให้อิเล็กตรอนหมุนหรือเปลี่ยนเส้นทางเพียงเล็กน้อยทำให้เกิดรูปแบบการรบกวนที่เรียกว่าเอฟเฟ็กต์ Aharonov-Bohm (อิเล็กตรอนไม่ได้เป็นเพียงแค่อนุภาคพวกมันยังเป็นคลื่นและรูปแบบการรบกวนคือสิ่งที่ปรากฏขึ้นเมื่อยอดและหุบเขาใน "สมการคลื่น" ของอิเล็กตรอนเพิ่มหรือยกเลิกซึ่งกันและกันสร้างชุดของแสงแบบขนานและ เส้นมืด.) Terning และ Verhaaren เสนอว่าพวกเขาอาจตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในรูปแบบการแทรกแซงของอิเล็กตรอนโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
ตื่นเต้นกับแสงแดด
หากมีสสารมืดอยู่ในตัวเราและรอบ ๆ ตัวเรา - รวมถึงในและรอบ ๆ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนลำแสงใด ๆ ที่เราจะใช้ในการตรวจจับมัน แต่ในการตรวจจับสสารมืดผ่านการรบกวนของอิเล็กตรอนแม่เหล็กครึ่งหนึ่งที่แปลก ๆ ซึ่งประกอบขึ้นเป็นสสารมืดจะต้องมีสนามแม่เหล็กที่แข็งแรงเพียงพอ นั่นหมายความว่าแม่เหล็กครึ่งตัวเหล่านี้จะต้องมีพลังงานมาก
โมโนโพลที่ผ่านใกล้ดวงอาทิตย์อาจตื่นเต้นได้รับพลังงานมากขึ้นจากนั้นจึงลงสู่พื้นโลก Terning กล่าว เขาทำนายว่าโมโนโพลที่น่าตื่นเต้นเหล่านี้ประมาณห้าวันจะผ่านบางสิ่งบางอย่างขนาดของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนลำแสงที่พวกเขาเสนอ “ นั่นไม่เลวเลยเพราะเครื่องตรวจจับ WIMP ปกติจะมีความสุขถ้าพวกเขามีห้ากิจกรรมต่อปี” เขากล่าว
นอกจากนี้การเปลี่ยนแปลงเฟสอิเล็คตรอนที่เกิดจากแม่เหล็กครึ่งมืดจะเล็กมากเพื่อที่จะตรวจจับได้เราจำเป็นต้องใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนความละเอียดสูงที่มีความละเอียดสูงอย่างไม่น่าเชื่อ . กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนนี้จะต้องมีความละเอียดที่สูงกว่าที่มีอยู่ห้าเท่าในปัจจุบัน Terning กล่าว
ไม่ว่าในกรณีใดเราหวังว่าจะ "นำคนเหล่านี้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็คตรอนสุดแฟนซีที่สนใจค้นหาสิ่งนี้" หรือเรา "อาจจะต้องสร้างอีกอันหนึ่งขึ้นมาเพื่อนั่งรอสสารมืด" Terning กล่าว
ทฤษฎีการแข่งขันที่หลากหลายของสสารมืดจะบอกเล่าเรื่องราวที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงเกี่ยวกับวิธีการที่จักรวาลก่อตัวขึ้นเขากล่าว ยิ่งไปกว่านั้นเมื่อคุณคิดได้ว่าสสารมืดทำมาจากอะไร - ไม่ว่าจะเป็นแสงหรืออนุภาคหนัก - ผู้คนสามารถสร้างโรงงานสสารมืดได้หลายชนิดที่นี่บนโลก "ถ้ามันเบามากคุณไม่ต้องการพลังงานมากนักในการสร้างสสารมืดของคุณเอง"
นักวิทยาศาสตร์ตีพิมพ์การศึกษาของพวกเขาไปยังวารสาร preprint arXiv มันยังไม่ได้รับการตรวจสอบโดยเพื่อน
