บทความนี้เดิมเขียนโดยโยฮาร์ อัชฟาเกจากมหาวิทยาลัยลิเวอร์พูลและเผยแพร่ครั้งแรกโดยการสนทนา-
เมื่อเรามองออกไปที่จักรวาล แม้จะมีกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลังที่สุด เราก็สามารถมองเห็นได้เพียงกเศษของเรื่องเรารู้ว่าต้องอยู่ที่นั่น ในความเป็นจริง สำหรับอะตอมทุกกรัมในจักรวาลที่มีมูลค่าเป็นอย่างน้อย ก็ยังมีอะตอมอยู่ด้วยมองเห็นวัสดุที่มองไม่เห็นได้มากขึ้นห้าเท่าเรียกว่า '- จนถึงตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ล้มเหลวในการตรวจจับมัน แม้จะใช้เวลาหลายทศวรรษในการค้นหาก็ตาม
เหตุผลที่เรารู้ว่ามันมีอยู่ก็เนื่องมาจากแรงดึงโน้มถ่วงของกระจุกกาแลคซีและปรากฏการณ์อื่นๆ ที่เราสังเกตเห็น สสารที่เราเห็นในกระจุกไม่เพียงพอที่จะจับมันไว้ด้วยกันด้วยแรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียว ซึ่งหมายความว่าต้องมีสสารที่มองไม่เห็นหรือคลุมเครือเพิ่มเติมอยู่ด้วย แต่เราไม่รู้ว่ามันคืออะไร มันอาจจะประกอบด้วยอนุภาคใหม่ที่ยังไม่ถูกค้นพบ
มีที่อนุภาคสสารมืดสามารถโต้ตอบได้ นั่นก็คือพลังอันแข็งแกร่งที่จับนิวเคลียสของอะตอมเข้าด้วยกัน ที่พลังที่อ่อนแอซึ่งควบคุมการสลายตัวของอนุภาค เช่น กัมมันตภาพรังสี หนึ่งแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นสื่อกลางของแรงระหว่างอนุภาคที่มีประจุ และแรงโน้มถ่วงซึ่งควบคุมปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง ในการสังเกตสสารในอวกาศ เราจำเป็นต้องให้วัตถุมีปฏิสัมพันธ์ผ่านแรงแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากเกี่ยวข้องกับการปล่อยแสงหรือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ ที่กล้องโทรทรรศน์สามารถบันทึกได้
มีผู้สมัครอยู่จำนวนไม่น้อย – แต่ละคนมีวิธีโต้ตอบเฉพาะของตัวเอง อย่างไรก็ตาม บางทฤษฎีมีแนวโน้มที่จะประสบความสำเร็จมากกว่าทฤษฎีอื่นๆ ต่อไปนี้คือตัวเลือกอนุภาคทั้งห้าที่ฉันคิดว่ามีโอกาสดีที่สุด
1. วิมป์
ที่อนุภาคขนาดใหญ่ที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบอย่างอ่อนหรือ 'WIMP' เป็นอนุภาคสมมุติที่ดูมีแนวโน้มดี มันจะแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากประเภทของสสารที่เรารู้จักและจะมีปฏิกิริยาโต้ตอบผ่านแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งจะอธิบายว่าทำไมพวกมันจึงมองไม่เห็นในอวกาศเป็นส่วนใหญ่ ประมาณ 100,000 วัตถุเหล่านี้จะเคลื่อนผ่านทุกตารางเซนติเมตรของโลกในแต่ละวินาที โดยจะมีปฏิกิริยาโต้ตอบผ่านแรงและแรงโน้มถ่วงที่อ่อนแอกับสสารที่อยู่รอบๆ เท่านั้น
หากมี WIMP อยู่ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์แสดงให้เห็นว่าจะต้องมีสิ่งเหล่านี้มากกว่าสสารปกติประมาณห้าเท่า ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับปริมาณสสารมืดที่เราสังเกตเห็นในจักรวาล ซึ่งหมายความว่าเราควรจะสามารถตรวจจับพวกมันได้ผ่านการชนกัน เนื่องจากจะทำให้อนุภาคที่มีประจุบนโลกหดตัวกลับทำให้เกิดแสงสว่างที่เราสังเกตได้ในการทดลองเช่นซีนอน100-
WIMP เป็นหัวข้อของการวิจัยที่กว้างขวางมากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งนอกเหนือจากนั้นแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ซึ่งทำนายได้อย่างอิสระว่าอนุภาคดังกล่าวจะต้องมีอยู่จริง - ความบังเอิญที่เรียกว่า 'วิมป์ ปาฏิหาริย์-
2. แอกเซียน
แอกเซียนเป็นอนุภาคมวลต่ำและเคลื่อนที่ช้าซึ่งไม่มีประจุและมีปฏิกิริยาเพียงน้อยนิดกับสสารอื่น ๆ ซึ่งทำให้ยากต่อการตรวจจับ แต่ก็ไม่ใช่เป็นไปไม่ได้ มีเพียงแกนของมวลจำเพาะเท่านั้นที่สามารถอธิบายธรรมชาติที่มองไม่เห็นของสสารมืดได้ ถ้าพวกมันเบากว่าหรือหนักกว่านั้น เราก็จะสามารถมองเห็นพวกมันได้ และถ้ามีแกนอยู่ พวกมันก็สามารถสลายตัวเป็นอนุภาคแสงคู่หนึ่ง (โฟตอน) ซึ่งหมายความว่าเราสามารถตรวจจับพวกมันได้โดยการมองหาคู่ดังกล่าว การทดลองรวมทั้งการทดลองเรื่องสสารมืดของ Axionกำลังมองหา axions ในลักษณะนี้
3. มาโช
มาโช ย่อมาจาก 'วัตถุรัศมีขนาดกะทัดรัดทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ขนาดใหญ่' และเป็นหนึ่งในผู้เสนอชื่อเข้าชิงสสารมืดกลุ่มแรกๆ วัตถุเหล่านี้ รวมทั้งดาวนิวตรอน และดาวแคระน้ำตาลและสีขาว ล้วนประกอบด้วยสสารธรรมดา แล้วจะมองไม่เห็นได้อย่างไร? เหตุผลก็คือพวกมันปล่อยแสงน้อยมากหรือไม่มีเลย
วิธีหนึ่งในการสังเกตพวกมันคือการสังเกตความสว่างของดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลออกไป เมื่อรังสีแสงโค้งงอเมื่อผ่านเข้าใกล้วัตถุขนาดใหญ่ แสงจากแหล่งกำเนิดระยะไกลอาจถูกโฟกัสโดยวัตถุที่อยู่ใกล้กว่า เพื่อทำให้วัตถุที่อยู่ห่างไกลสว่างขึ้นอย่างกะทันหัน ผลกระทบนี้เรียกว่าเลนส์โน้มถ่วงขึ้นอยู่กับว่ามีสสารทั้งปกติและมืดอยู่ในกาแล็กซีจำนวนเท่าใด เราสามารถใช้มันเพื่อคำนวณปริมาณสสารที่ซุ่มซ่อนอยู่รอบๆ ได้ อย่างไรก็ตาม ตอนนี้เรารู้แล้วว่าไม่น่าจะเป็นเช่นนั้นเพียงพอแล้วกับร่างอันมืดมนเหล่านี้สามารถสะสมเพื่อสร้างสสารมืดจำนวนมหาศาลที่มีอยู่ได้
4. อนุภาคคาลูซา-ไคลน์
ที่ทฤษฎีคาลูซา-ไคลน์ถูกสร้างขึ้นจากการมีอยู่ของ 'มิติที่ห้า' ที่มองไม่เห็นซึ่งขดตัวอยู่ในอวกาศ นอกเหนือจากมิติเชิงพื้นที่สามมิติที่เรารู้จัก (ความสูง ความกว้าง ความลึก) และเวลา ทฤษฎีนี้เป็นปูชนียบุคคลของทฤษฎีสตริงทำนายการมีอยู่ของอนุภาคที่อาจเป็นอนุภาคสสารมืดซึ่งจะมีมวลเท่ากันมีโปรตอน 550 ถึง 650 ตัว(ซึ่งประกอบกันเป็นนิวเคลียสของอะตอมร่วมกับนิวตรอน)
อนุภาคประเภทนี้สามารถโต้ตอบได้ทั้งทางแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วง แต่เนื่องจากมันขดตัวอยู่ในมิติที่เรามองไม่เห็น เราจึงไม่สังเกตมันเพียงแค่มองท้องฟ้าเท่านั้น โชคดีที่อนุภาคควรง่ายต่อการค้นหาในการทดลองเท่าที่ควรสลายตัวเป็นอนุภาคที่เราวัดได้- เข้าไปข้างในและโฟตอน อย่างไรก็ตาม เครื่องเร่งอนุภาคอันทรงพลังอย่าง Large Hadron Collider ยังไม่สามารถตรวจจับได้
5. กราวิติโน
ทฤษฎีที่ผสมผสานและ 'สมมาตรยิ่งยวด' ทำนายการมีอยู่ของอนุภาคที่เรียกว่ากราวิตาติโน- สมมาตรยิ่งยวดซึ่งเป็นทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จซึ่งอธิบายข้อสังเกตมากมายในฟิสิกส์ระบุว่า 'อนุภาคโบซอนเช่น โฟตอน (อนุภาคแสง) มี 'ซูเปอร์พาร์ทเนอร์' หรือโฟติโน ซึ่งมีคุณสมบัติที่เรียกว่า 'สปิน' (โมเมนตัมเชิงมุมชนิดหนึ่ง) ที่แตกต่างกันด้วยจำนวนเต็มครึ่ง กราวิติโนจะเป็น superpartner ของ 'กราวิตอน' ซึ่งเป็นสมมุติฐาน ซึ่งคิดว่าจะเป็นสื่อกลางของแรงโน้มถ่วง และในบางแบบจำลองของแรงโน้มถ่วงยิ่งยวด ซึ่งกราวิติโนเบามาก ก็สามารถอธิบายสสารมืดได้
โยฮาร์ อัชฟาเก, นักศึกษาปริญญาเอกสาขาปรากฏการณ์วิทยาสตริง,มหาวิทยาลัยลิเวอร์พูล
บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกโดยการสนทนา- อ่านบทความต้นฉบับ-
