ประมาณ 80% ของสสารทั้งหมดในจักรวาลเป็นรูปแบบที่ไม่รู้จักโดยสิ้นเชิงกับฟิสิกส์ปัจจุบัน เราเรียกมันว่าสสารมืดเพราะอย่างดีที่สุดเราสามารถบอกได้ว่า ... มืด การทดลองทั่วโลกกำลังพยายามจับอนุภาคสสารมืดจรจัดด้วยความหวังว่าจะเข้าใจ แต่จนถึงตอนนี้พวกมันกลับว่างเปล่า
เมื่อเร็ว ๆ นี้ทีมนักทฤษฎีได้เสนอวิธีการใหม่ในการตามล่าหาสสารมืดโดยใช้ "อนุภาค" แปลก ๆ ที่เรียกว่า Magnons ชื่อที่ฉันไม่ได้สร้างขึ้นมา ระลอกคลื่นเล็ก ๆ เหล่านี้อาจล่อลวงแม้กระทั่งสสารมืดที่มีน้ำหนักเบาและหายวับจากการซ่อน
ปริศนาสสารมืด
เรารู้ทุกสิ่งเกี่ยวกับสสารมืดโดยมีข้อยกเว้นที่น่าสังเกตว่ามันคืออะไร
แม้ว่าเราจะไม่สามารถตรวจจับได้โดยตรง แต่เราก็เห็นหลักฐานของสสารมืดทันทีที่เราเปิดกล้องโทรทรรศน์ของเราไปสู่จักรวาลที่กว้างขึ้น การเปิดเผยครั้งแรกย้อนกลับไปในทศวรรษ 1930 ผ่านการสำรวจกลุ่มกาแลคซีซึ่งเป็นโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาล กาแลคซีที่อาศัยอยู่นั้นเคลื่อนตัวเร็วเกินไปที่จะจับกันเป็นกระจุก นั่นเป็นเพราะมวลรวมของกาแลคซีให้กาวแรงโน้มถ่วงที่ทำให้กระจุกดาวรวมกันยิ่งมีมวลมากเท่าไหร่ กาวที่แข็งแรงเป็นพิเศษสามารถเกาะติดกันได้แม้กระทั่งกาแลคซีที่เคลื่อนที่เร็วที่สุด เร็วขึ้นและกลุ่มจะแยกตัวเองออกจากกัน
แต่มีกระจุกดาวอยู่ด้วยโดยมีกาแลคซีส่งเสียงกระหึ่มรอบตัวพวกมันเร็วกว่าที่ควรจะได้รับมวลของกระจุกดาวนั้น มีบางสิ่งที่มีแรงโน้มถ่วงเพียงพอที่จะจับกระจุกตัวอยู่ด้วยกัน แต่สิ่งที่ไม่ได้เปล่งหรือโต้ตอบกับแสง
ความลึกลับนี้ยังคงไม่ได้รับการแก้ไขตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมาและในปี 1970 Vera Rubin นักดาราศาสตร์ได้ยกระดับแอนต์ก่อนหน้านี้ผ่านการสำรวจดาวฤกษ์ในกาแลคซี อีกครั้งสิ่งที่เคลื่อนไหวเร็วเกินไป: ด้วยมวลที่สังเกตได้กาแลคซีในเอกภพของเราน่าจะแยกตัวออกจากกันเมื่อหลายพันล้านปีก่อน มีบางอย่างกำลังจับพวกเขาไว้ด้วยกัน มีบางอย่างที่มองไม่เห็น
เรื่องราวซ้ำทั่วจักรวาลทั้งในเวลาและสถานที่ จากแสงแรกสุดจากบิ๊กแบงไปจนถึงโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาลมีบางสิ่งที่ขี้ขลาดออกไป
ค้นหาในที่มืด
สสารมืดนั้นมีอยู่มากมาย - เราไม่สามารถหาสมมติฐานอื่นที่มีประโยชน์ได้เพื่ออธิบายสึนามิของข้อมูลเพื่อรองรับการดำรงอยู่ของมัน แต่มันคืออะไร สิ่งที่ดีที่สุดที่เราคาดเดาก็คือสสารมืดเป็นอนุภาคแปลกใหม่ชนิดหนึ่งซึ่งไม่เป็นที่รู้จักมาก่อนในวิชาฟิสิกส์ ในภาพนี้สสารมืดทำให้ทุกกาแลคซี ในความเป็นจริงส่วนที่มองเห็นได้ของกาแลคซีซึ่งมองเห็นผ่านดาวฤกษ์และเมฆก๊าซและฝุ่นเป็นเพียงประภาคารเล็ก ๆ ที่ตั้งอยู่กับฝั่งที่ใหญ่กว่าและมืดกว่ามาก กาแลคซีแต่ละแห่งตั้งอยู่ภายใน "รัศมี" ขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นจากซิลเลี่ยนกับซิลเลี่ยนของอนุภาคสสารมืด
อนุภาคสสารมืดเหล่านี้ไหลผ่านห้องของคุณทันที พวกเขากำลังสตรีมผ่านคุณ ฝักบัวละอองน้ำฝนที่ไม่มีวันจบและอนุภาคสสารมืดที่มองไม่เห็น แต่คุณไม่สังเกตเห็นพวกเขา พวกมันไม่ทำปฏิกิริยากับแสงหรือกับอนุภาคที่มีประจุ คุณทำจากอนุภาคที่มีประจุและคุณเป็นมิตรกับแสงมาก คุณมองไม่เห็นสสารมืดและสสารมืดมองไม่เห็นคุณ วิธีเดียวที่เรา "เห็น" สสารมืดคือผ่านแรงโน้มถ่วง แรงดึงดูดสังเกตทุกรูปแบบของสสารและพลังงานในจักรวาลมืดหรือไม่ดังนั้นในระดับที่ใหญ่ที่สุดเราสังเกตเห็นอิทธิพลของมวลรวมของอนุภาคนับไม่ถ้วนเหล่านี้ทั้งหมด แต่ที่นี่ในห้องของคุณ? ไม่มีอะไร
เว้นแต่เราหวังว่าจะมีวิธีอื่นที่สสารมืดโต้ตอบกับเราเรื่องปกติ เป็นไปได้ว่าอนุภาคสสารมืดไม่ว่าจะเป็นอะไรก็ตามยังรู้สึกถึงพลังนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ - ซึ่งรับผิดชอบการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี - เปิดหน้าต่างใหม่สู่อาณาจักรที่ซ่อนอยู่นี้ ลองนึกภาพการสร้างเครื่องตรวจจับยักษ์เพียงมวลขนาดใหญ่ขององค์ประกอบใดก็ตามที่คุณมีประโยชน์ อนุภาคสสารมืดไหลผ่านมันเกือบทั้งหมดเป็นอันตรายอย่างสมบูรณ์ แต่บางครั้งด้วยความหายากขึ้นอยู่กับสสารมืดโดยเฉพาะอนุภาคที่ผ่านไปจะมีปฏิสัมพันธ์กับหนึ่งในนิวเคลียสอะตอมขององค์ประกอบในเครื่องตรวจจับผ่านทางกองกำลังนิวเคลียร์ที่อ่อนแอทำให้มันหลุดออกจากตำแหน่งและทำให้มวลทั้งหมดของเครื่องตรวจจับ สั่น.
ใส่ Magnon
การตั้งค่าการทดลองนี้ใช้ได้เฉพาะในกรณีที่อนุภาคสสารมืดนั้นค่อนข้างหนักทำให้มันเพียงพอที่จะทำให้นิวเคลียสหลุดออกมาจากการปฏิสัมพันธ์ที่หายากเหล่านั้น แต่จนถึงขณะนี้ไม่มีเครื่องตรวจจับสสารมืดทั่วโลกที่ได้เห็นร่องรอยของการมีปฏิสัมพันธ์แม้หลังจากผ่านไปหลายปี เมื่อการทดลองมีพื้นดินคุณสมบัติที่อนุญาตของสสารมืดได้ถูกตัดออกไปอย่างช้าๆ นี่ไม่ใช่สิ่งเลวร้าย เราไม่รู้เพียงว่าสสารมืดทำมาจากอะไรดังนั้นยิ่งเรารู้มากขึ้นเกี่ยวกับสิ่งที่ไม่เป็นจริงภาพของสิ่งที่มันอาจจะชัดเจนยิ่งขึ้น
แต่การขาดผลลัพธ์อาจกังวลเล็กน้อย ผู้สมัครที่มีน้ำหนักมากที่สุดสำหรับสสารมืดกำลังถูกกำจัดและหากอนุภาคลึกลับเบาเกินไปมันจะไม่ถูกมองเห็นในเครื่องตรวจจับในขณะที่พวกมันตั้งค่าไว้ในตอนนี้ นั่นคือเว้นแต่จะมีวิธีอื่นที่สสารมืดสามารถพูดคุยกับสสารปกติได้
ในบทความล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสารออนไลน์ arXiv นักฟิสิกส์ได้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับการทดลองที่เสนอซึ่งอาจสังเกตเห็นอนุภาคสสารมืดในการเปลี่ยนการหมุนของอิเล็กตรอน (ในความเป็นจริงสสารมืดสามารถทำได้) ในการตั้งค่านี้สามารถตรวจจับสสารมืดได้แม้ว่าอนุภาคที่สงสัยว่าจะเบามาก มันสามารถทำได้โดยการสร้างสิ่งที่เรียกว่าแม็กนั่นในวัสดุ
แกล้งทำเป็นว่าคุณมีชิ้นวัสดุที่อุณหภูมิศูนย์แน่นอน สปินทั้งหมด - เช่นแท่งแม่เหล็กเล็ก ๆ - ของอิเล็กตรอนทั้งหมดในสสารนั้นจะชี้ไปในทิศทางเดียวกัน ในขณะที่คุณเพิ่มอุณหภูมิอย่างช้าๆอิเล็กตรอนบางตัวจะเริ่มตื่นขึ้นกระดิกรอบ ๆ และสุ่มหมุนรอบตัวในทิศทางตรงกันข้าม ยิ่งคุณยกอุณหภูมิสูงขึ้นเท่าไหร่อิเล็กตรอนก็จะยิ่งพลิกขึ้นมากขึ้นและการโยนแต่ละครั้งจะลดความแรงของสนามแม่เหล็กลงเพียงเล็กน้อย สปินที่พลิกแต่ละอันนั้นทำให้ระลอกคลื่นเล็ก ๆ น้อย ๆ ในพลังงานของวัสดุและ wiggles เหล่านั้นสามารถดูเป็น quasiparticle ไม่ใช่อนุภาคจริง แต่สิ่งที่คุณสามารถอธิบายด้วยคณิตศาสตร์ในวิธีที่ quasiparticles เหล่านี้เรียกว่า "magnons" อาจเป็นเพราะพวกมันเหมือนแม่เหล็กเล็ก ๆ ที่น่ารัก
ดังนั้นหากคุณเริ่มด้วยวัสดุที่เย็นมาก ๆ และอนุภาคสสารมืดเพียงพอที่จะชนกับวัสดุและหมุนสปินไปรอบ ๆ คุณจะสังเกตเห็นแม่เหล็ก เนื่องจากความไวของการทดสอบและลักษณะของการโต้ตอบการตั้งค่านี้จึงสามารถตรวจจับอนุภาคสสารมืดที่มีน้ำหนักเบาได้
นั่นคือถ้ามันมีอยู่
Paul M. Sutter เป็นนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอโฮสต์ของ ถามนักบินอวกาศ และ วิทยุอวกาศและผู้เขียนของ สถานที่ของคุณในจักรวาล.
