ทั่วทั้งจักรวาลนี้ประกอบด้วยสสารมืด สสารที่มองไม่เห็น วัดค่าไม่ได้ แต่ส่งอิทธิพล​ต่อของมวลรวมของจักวาลอย่างชัดเจน

สารมืดนั้นแทบจะไม่มีปฏิสัมพันธ์ใดๆกับสสารธรรมดาทั่วไปในจักรวาล นับถึงเวลานี้มีเพียงสิ่งเดียวเท่านั้นที่เรารู้ว่าสสารมืดยอมมีปฏิสัมพันธ์ด้วย นั่นก็คือ ความโน้มถ่วง

แต่สสาร​มืดก็ยังเป็นสสาร สสารย่อมประกอบด้วยอนุภาค ซึ่งอนุภาคของสสารมืดอาจเป็นอนุภาคมูลฐานชนิดใหม่ที่ยังไม่ถูกค้นพบ แต่อย่างน้อยนักฟิสิกส์​ก็พอจะมีตัวเลือกที่น่าสนใจอยู่บ้าง โดย “ว่าที่อนุภาค” ของสสารมืดอาจเป็นอนุภาค​วิมป์ส WIMPs (Weakly interacting massive particles) ที่ไม่มีอันตรกิริยากับ​แรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม (strong force) เลย ยกเว้นแรงโน้มถ่วงและแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน (weak force) เท่านั้น​

ล่าสุด โดยอาศัยทฤษฎี​แรงโน้มถ่วงควอนตัม ศาสตราจารย์ Xavier Calmet และนักศึกษาปริญญาเอก Folkert Kuipers สองคู่หูนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยซัสเซ็กซ์ สามารถจำกัดช่วงของมวลที่เป็นไปได้ของ “ว่าที่อนุภาค” สสารมืดนี้ได้เป็นครั้งแรก

พวกเขาคำนวณว่าอนุภาคสสารมืด ไม่ว่าจะเป็นอนุภาคที่เรารู้จักหรือไม่ก็ตาม ควรจะมีมวลอยู่ระหว่าง 0.001 eV ถึง 10,000,000 eV

“ เราประหลาดใจเมื่อรู้ว่ายังไม่เคยมีใครคำนวนขอบเขตมวลนี้มาก่อน แม้แต่เพื่อนนักวิทยาศาสตร์ที่มาตรวจสอบเอกสารของเราก็แปลกใจเช่นกัน” ศาสตราจารย์ Xavier Calmet กล่าว

“ตัวเลขของขอบเขตมวลอนุภาคสสารมืดก่อนหน้านี้เป็นค่าที่ประมวลขึ้นมาจากทฤษฎี​ ซึ่งมีขอบเขตที่กว้างเกินไปจนนำมาใช้งานได้ยาก

ข้อจำกัดมวลที่แคบลง ทำให้การค้นหาสสารมืดในจักรวาล​มีขอบเขต​ที่ชัดเจนยิ่งขึ้น​

“ การค้นพบของเราถือเป็นข่าวดีสำหรับนักฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้อง​ เพราะจะช่วยให้พวกเขาเข้าใกล้การค้นพบธรรมชาติที่แท้จริงของสสารมืดมากขึ้น” Folkert Kuipers กล่าวเสริม

ทีมงานตีพิมพ์​เผยแพร่​ผลงาน​วิจัย​ครั้ง​นี้​ใน​วารสาร​ journal Physics Letters B

เครดิต​ภาพประกอบ​บทความ​จาก Milennium-II Simulation.

_____

Xavier Calmet & Folkert Kuipers. 2021. Theoretical bounds on dark matter masses. Physics Letters B 814: 136068; doi: 10.1016/j.physletb.2021.136068