การค้นหาสสารมืด (Dark Matter) และพลังงานมืด (Dark Energy)

ตรวจพบส่วนเสริม Ad Blocker

เว็บไซต์ของเรา เชื่อในประสบการณ์การรับชมของผู้ชม แต่อย่างไรก็ตามเว็บไซต์ของเราขับเคลื่อนด้วยโฆษณาจากผู้สนับสนุน โปรดพิจารณาละเว้นการบล็อคโฆษณาด้วยส่วนเสริม ad-block | ขอบพระคุณอย่างยิ่งที่ให้การสนับสนุน

เรียบเรียงโดย Thaiphysicsteacher.com


     เอกภพของเราประกอบไปด้วยสสารประมาณ 5% ซึ่งสสารเหล่านี้ประกอบไปด้วยโปรตอน และอิเล็กตรอน และที่เหลือจะเป็นสารปริศนาที่เรารู้จักกันในชื่อว่า “สสารมืด (Dark Matter)” และ “พลังงานมืด (Dark Energy)”

ตามล่าหาสสารมืด

      เป็นเวลากว่า 70 ปี ที่สสารมืดถูกสันนิษฐานว่าน่าจะมีอยู่จริง เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ได้พบว่าแรงโน้มถ่วงระหว่างกลุ่มกาแล็กซี ซึ่งเป็นที่รวมกลุ่มของกาแล็กซีจำนวนมาก มีขนาดแรงโน้มถ่วงสูงเกินกว่าที่คำนวณไว้ นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เลยเห็นพ้องกันว่าต้องมีมวลที่ซ่อนอยู่ที่ไหนสักแห่ง ที่ๆเราไม่สามารถมองเห็นได้ ซึ่งเราเรียกมันว่า สสารมืด (dark energy) โดยมันต้องมีโครงสร้างที่ใหญ่ และช่วยเพิ่มความโน้มถ่วงระหว่างกาแล็กซี

      นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งสมมติฐานว่าน่าจะมีสสารชนิดหนึ่ง ซึ่งเป็นอนุภาคที่อาจมีความเกี่ยวข้องกับปริศนาสสารมืด เรียกว่า Weakly interacting massive particle หรือ WIMP

      เพื่อจะพิสูจน์ธรรมชาติของสสารมืด นักฟิสิกส์จำเป็นต้องหาหลักฐานว่า อนุภาค WIMP มีส่วนทำให้แรงโน้มถ่วงระหว่างกาแล็กซีมีค่าเกินที่คาดไว้จริง ถ้า WIMP มีอยู่จริง อนุภาคสสารมืดนี้จะต้องถูกตรวจพบได้ โดยมันจะกระเจิง (Scattering) ชนกับอนุภาคอื่นๆ หรืออิเล็กตรอนเข้ามายังโลกของเรา การตรวจวัดโดยตรงอาจทำได้ เช่น เมื่อ WIMP เข้าชนกับอนุภาคที่มีประจุในชั้นบรรยากาศ จะก่อให้เกิดแสงที่เราสามารถสังเกตการณ์ได้

การตรวจหาสสารมืด

      ปฏิบัติการ XENON100 เป็นหนึ่งในการทดลองเพื่อตรวจสอบหาอนุภาคสสสารมืด ตั้งอยู่ใต้พื้นดิน (เพื่อตัดปัญหาการรบกวนจากรังสีคอสมิค) ที่แลป Gran Sasso ในอิตาลี เครื่องมือที่ใช้ตรวจสอบนั้นประกอบไปด้วยภาชนะใส่ซีนอนเหลว (Xenon) น้ำหนักรวม 165 กิโลกรัม มีความบริสุทธิ์สูงเพื่อลดการปนเปื้อนใดๆที่อาจมีผลต่อการทดลอง ซีนอนเหลวเหล่านี้จะเป็นตัวตรวจจับหาแสงจากปฏิกิริยาของ WIMP โดยจะวางไว้รอบๆ หลอด Photomultiplier (PMTs)

      ผลการทดลองล่าสุดรายงานว่าการกระเจิงระหว่าง WIMPs กับอิเล็กตรอนนั้นไม่มีเลย แต่อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาระหว่าง WIMPs กับ อิเล็กตรอนนั้นอาจไม่ได้เกิดขึ้นบ่อยครั้ง อาจจะต้องใช้เวลานานกว่าจะเกิดขึ้นสักครั้งหนึ่ง โดยกฎที่ทำนายความถี่ของการเกิดปฏิกิริยาระหว่างสสารมืดและอิเล็กตรอนจะถูกเรียกวา่ “Leptophilic Models

ตามล่า Chameleons

      ปัจจุบันเราเชื่อว่าสสารมืดมีส่วนเกี่ยวข้องที่ทำให้เอกภพของเราขยายตัวด้วยความเร่ง ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ไม่เหมือนสสารทั่วๆไป และพลังงานมืดที่มีความดันเป็นลบ ส่งผลให้ความโน้มถ่วงเป็นแรงผลัก ทำให้กาแล็กซีต่างๆเคลื่อนที่ออกจากกัน และพลังงานที่มีส่วนเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ดังกล่าวถูกเรียกว่า “สนาม Chameleon”

      ในโมเดลหลายๆแบบของพลังงานมืด เราคาดหวังว่าจะได้เป็นปรากฏการณ์ที่มีลักษณะสำคัญจากทั้งในแลปปฏิบัติการ และจากนอกเอกภพ แต่อย่างไรก็ตาม การตรวจพบสนาม chameleon อาจขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม เช่น ในระดับสเกลขนาดเล็ก อย่างบนโลกของเราที่ครอบครองบริเวณในอวกาศส่วนหนึ่ง และมีความหนาแน่นของมวลสูง (เรียกว่า ความหนาแน่นต่อพื้นที่) สนาม chameleon อาจหลบเลี่ยงจากการตรวจพบจากเครื่องไม้เครื่องที่เรามีอยู่ก็เป็นได้ แต่ในอวกาศ หากมองเป็นบริเวณกว้างจะมีพื้นที่ว่างมากเมื่อเทียบกับมวล ซึ่งหมายถึง มีความหนาแน่นของมวลต่ำ ดังนั้นเป็นไปได้ว่า หากเราสามารถมองจากมุมกว้างนี้ได้ อาจได้เห็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นจากสนาม Chameleons เช่น การขยายตัวแบบมีความเร่งของเอกภพ

      จนกระทั่งตอนนี้ การทดลองได้มีการใช้เครื่องมือตรวจจับที่ค่อนข้างใหญ๋แล้วก็ตาม แต่ก็ยังคงล้มเหลวในการค้นหา chameleons ซึ่งเป็นบริเวณที่มีความหนาแน่นของมวลสูง  เมื่อไม่นานมานี้ได้มีการใช้เครื่อง Atom Interferometer ในการตรวจวัดในระดับไมโคร ช่วยในการตรวจหา chameleons – ประกอบด้วยห้องสูญญากาศที่แทบจะไม่มีอะตอมของอากาศหลงเหลืออยู่เลย ซึ่งคล้ายกับนอกอวกาศ ซึ่งอาจช่วยลดปัญหาในการตรวจพบก็เป็นได้

การทดลองอีกแบบในการตรวจหาสนาม Chameleon

นักวิจัยได้ลองบ่อยอะตอมของซีเซียมให้ตกลงบนอะลูมิเนียมทรงกลม และใช้เลเซอร์ความไวสูง ตรวจจับหาแรงของอะตอมในขณะที่มันตกลงมาอย่างอิสระ หากไม่มีสนาม Chameleon จะมีเพียงแค่แรงโน้มถ่วงจากโลกที่กระทำกับอะตอมซีเซียม แต่ถ้าแรงลัพธ์ที่เกิดขึ้นอะตอมของซีเซียมมีค่าสูงเกินแรงโน้มถ่วง เท่านี้ก็ยืนยันได้แล้วว่า สนาม Chameleon อาจมีอยู่จริง วิธีนี้จะช่วยให้เราค้นหาอนุภาคสสารมืดได้เร็วกว่าวิธีก่อนหน้านี้ถึง 1,000 เท่า ทีมวิจัยหวังว่านวัตกรรมนี้จะช่วยให้เราสามารถตามล่าหา chameleons หรืออนุภาคพลังงานมืดได้ในอนาคต

แปลและเรียบเรียงโดย thaiphysicsteacher.com

Read the full article on The Conversation
The search for ‘dark matter’ and ‘dark energy’ just got interesting.“. [Online]. via : theconverstion.com by /Durham University 2015.

ถ้ารู้สึกว่าบทความนี้อ่านง่ายอ่านคล่อง Share เลยครับ
  • 5
    Shares



Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.