การค้นหาสสารมืดลึกลับที่ตกอับก้าวขึ้น

อนุภาคย่อยตามสมมุติฐานที่เรียกว่าแอกเซียนมีโอกาสส่องแสงนักวิทยาศาสตร์ที่เล่นจ๊ะเอ๋กับสสารมืดได้เข้าสู่ด่านใหม่ของเกม

เป็นครั้งแรกที่นักฟิสิกส์กำลังสอดแนมสถานที่ซ่อนที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดสำหรับอนุภาคย่อยของอะตอมที่เรียกว่า axionsซึ่งสามารถสร้างสสารมืดได้ จนถึงขณะนี้ ยังไม่พบร่องรอยของอนุภาคใดๆ นักวิทยาศาสตร์จาก Axion Dark Matter Experiment, ADMX รายงานวันที่ 9 เมษายนในPhysical Review Letters แต่ตอนนี้นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์ของพวกเขามีความละเอียดอ่อนพอที่จะเริ่มค้นหาอย่างจริงจัง

สสารที่ไม่มีตัวตนซึ่งประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ของสสารในจักรวาล 

สสารมืดมีความจำเป็นในการอธิบายการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ภายในดาราจักร รวมถึงการสังเกตอื่นๆ นักวิทยาศาสตร์ไม่รู้ว่าสสารมืดคืออะไร แต่แกน ซึ่งเป็นอนุภาคที่เบามากที่อาจแทรกซึมเข้าไปในจักรวาล เป็นหนึ่งในคู่แข่งสำคัญ 

การค้นหาอนุภาคสสารมืดในอดีตส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่อนุภาคอื่นที่เรียกว่าอนุภาคขนาดใหญ่ที่มีปฏิสัมพันธ์เล็กน้อยหรือ WIMP แต่ความพยายามเหล่านั้นกลับว่างเปล่า ( SN: 11/12/16, p. 14 ) ตอนนี้ สปอตไลต์อยู่บนแกนที่ตกอับ

นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Matthew Buckley จาก Rutgers University ใน Piscataway รัฐนิวเจอร์ซีย์ กล่าวว่า “เราต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าเรากำลังพิจารณาความเป็นไปได้ทั้งหมด” ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับผลลัพธ์ใหม่กล่าว เขากล่าวว่า Axions เป็นผู้สมัครที่เป็นไปได้สำหรับสสารมืด

Axions จะสร้างสัญญาณที่อ่อนแรงอย่างไม่น่าเชื่อ ดังนั้นการปักหมุดหลักฐานสำหรับอนุภาคขนาดเล็กจึงไม่ใช่เรื่องง่าย แต่ ADMX ซึ่งตั้งอยู่ที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันในซีแอตเทิลตอนนี้ขึ้นอยู่กับภารกิจแล้ว Aaron Chou สมาชิก ADMX นักฟิสิกส์จาก Fermilab ในเมือง Batavia รัฐอิลลินอยส์กล่าว การทดลองก่อนหน้านี้ได้ค้นหา axions แต่ความพยายามเหล่านั้นไม่ละเอียดอ่อนพอที่จะ มีโอกาสตรวจจับอนุภาคได้ดี

“มันเป็นทัวร์เดอฟอร์ซรุ่นทดลอง มันเป็นงานที่น่าทึ่งมาก” เฮเลน ควินน์ นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจาก SLAC National Accelerator Laboratory ในเมนโลพาร์ก แคลิฟอร์เนีย ผู้ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว

ADMX ใช้สิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่งคือวิทยุที่มีความไวสูง ซึ่งแยกได้จากแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุภายนอก และถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ (‒273.15° องศาเซลเซียส) นักวิทยาศาสตร์ใช้เครื่องมือเพื่อค้นหา axions ที่แปลงเป็นคลื่นวิทยุในสนามแม่เหล็กแรงสูง หากมีแอกชัน คาดว่าพวกมันจะมีปฏิกิริยากับโฟตอน อนุภาคของแสง จากสนามแม่เหล็ก ในกระบวนการนี้ พวกมันจะผลิตคลื่นวิทยุด้วยความถี่ที่ขึ้นอยู่กับมวลของแกนซึ่งไม่เป็นที่รู้จัก เช่นเดียวกับการสแกนหน้าปัดเพื่อหาสถานีเก่าๆ นักวิทยาศาสตร์จะค่อยๆ เปลี่ยนความถี่ในการค้นหา โดยพยายาม “ฟัง” จากสัญญาณ axion

ในขณะที่การศึกษาครั้งใหม่นี้ว่างเปล่า 

นักวิทยาศาสตร์ได้สแกนช่วงความถี่เล็ก ๆ เท่านั้น โดยพิจารณามวลที่เป็นไปได้บางส่วนสำหรับ axion จาก 2.66 ถึง 2.81 โวลต์ไมโครอิเล็กตรอน มวลเล็กๆ เหล่านั้นมีมวลน้อยกว่าหนึ่งในพันล้านของอิเล็กตรอน ในอนาคต ADMX จะศึกษามวลอื่นๆ ที่เป็นไปได้ “จะมีความตื่นเต้นมากมายในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า” Chou กล่าว “การค้นพบอาจเกิดขึ้นได้ทุกเมื่อ”

ไม่มีภูเขาสูงพอ การจำลองแนะนำว่าหากเป็นจริง สารตามทฤษฎีภายในดาวนิวตรอนที่เรียกว่าพาสต้านิวเคลียร์อาจเป็นวัสดุที่แข็งแรงที่สุดในจักรวาล โดยEmily Conoverรายงานใน “ พาสต้านิวเคลียร์ในดาวนิวตรอนอาจเป็นวัสดุที่แข็งแรงที่สุดในจักรวาล ” ( SN: 10/27/18, หน้า 8 )

คลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากการหมุนของดาวนิวตรอนสามารถให้หลักฐานการมีอยู่ของพาสต้านิวเคลียร์แก่นักวิทยาศาสตร์ แต่ระลอกกาลอวกาศดังกล่าวจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อเปลือกโลกของดาวนิวตรอนมีเนินหรือ “ภูเขา” ของวัสดุหนาแน่นซึ่งสูงหลายสิบเซนติเมตร

Reader Doug Quineถามเกี่ยวกับการเลือกคำของ Conover “ฉันแทบจะไม่สามารถอธิบายความยาวของแขนว่าเป็นความสูงของภูเขาได้” ควินเขียน “ฉันสงสัยว่าหน่วยควรจะเป็น … กิโลเมตร”

ภูเขาสูงเพียงเซนติเมตรConoverกล่าว “เหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์ใช้คำว่า ‘ภูเขา’ ทั้งที่การก่อตัวมีขนาดเล็กกว่านั้น ก็เพราะแรงโน้มถ่วงของดาวนิวตรอนนั้นแรงมากจนสิ่งที่สูงหนึ่งเซนติเมตรจริงๆ แล้วค่อนข้างจะชนกันอย่างรุนแรง” เธอกล่าว

ความพยายามของมนุษย์ต่างดาวจากการคำนวณใหม่ การค้นหาข่าวกรองนอกโลกหรือที่เรียกว่า SETI ได้รวมเอามูลค่าเทียบเท่ากับอ่างน้ำร้อนที่มีมูลค่าเท่ากับมหาสมุทรของโลกลิซ่า กรอสแมนรายงานใน “ เราอาจยังไม่พบมนุษย์ต่างดาวเพราะเราเพิ่งจะเริ่มมองหา ” ( SN: 10/27/18, หน้า 5 ).

ผู้อ่านออนไลน์รู้สึกทึ่งกับการค้นหาชีวิตที่อื่นในจักรวาล

“เราไม่สามารถสำรวจมหาสมุทรได้ทีละอ่างน้ำร้อนจริงๆ” มาร์ค เอส.เขียน “บางทีแนวทางที่ดีกว่าคือการสแกนหาการปล่อยก๊าซรอบดาวเคราะห์นอกระบบที่มีแนวโน้มมากที่สุดแต่ละดวงที่ถูกค้นพบ” เขากล่าว “เมื่อเทียบเคียงกับมหาสมุทรแล้ว สิ่งนี้ก็เหมือนกับการมองหาปลารอบๆ เกาะหรืออะทอลล์”