Các photon nặng quá nhẹ để là vật chất tối

Các photon nặng quá nhẹ để là vật chất tối

Buồn thay, vật chất tối không được cấu tạo từ ánh sáng. Điều đó nghe có vẻ hiển nhiên, nhưng nhiều nhà vật lí đã và đang nuôi hi vọng rằng các photon – những hạt ánh sáng – có thể giúp chúng ta ghép lại những mảnh bản chất của chất liệu bí ẩn mà người ta cho là chiếm tới 85% vật chất trong vũ trụ.

Nhưng theo Vitor Cardoso thuộc trường Đại học Kĩ thuật Lisbon ở Bồ Đào Nha và các đồng sự thì có lẽ họ đã bác bỏ được quan điểm này.[prbreak]...[/prbreak]

Một số lí thuyết đã gợi ý rằng “các photon nặng”, những phiên bản giả định của những hạt photon không khối lượng vốn quen thuộc hơn, có thể là vật chất tối. Theo quan điểm đó, photon nặng sẽ có một khối lượng nhất định và có thể mang một lực cơ bản chưa biết cho phép nó chỉ tương tác với những photon bình thường – làm ẩn nó một cách hiệu quả trước thế giới nhìn thấy.

Sóng photon (Ảnh: Wikipedia)​

Trong trường hợp đó, các photon nặng đi qua gần những lỗ đen sẽ có những hiệu ứng có thể để ý thấy được, Cardoso nói.

Khi đa số những hạt có khối lượng tiến đến quá gần một lỗ đen, chúng rơi vào trong, không bao giờ được nhìn thấy lần nữa. Những photon không khối lượng có thể sớt qua bờ vực nguy hiểm nếu chúng có quỹ đạo thích hợp. Nhưng một photon có khối lượng rất nhỏ có thể đi vào quỹ đạo của lỗ đen đang quay tròn và đánh cắp một phần moment động lượng của nó. Nếu các điều kiện thích hợp, thì quá trình này có thể tiếp tục cho đến khi những hạt đang quay tròn làm chậm lỗ đen nhiều đến mức cuối cùng thì nó ngừng quay.

Cardoso và các đồng sự đã tính được thời gian cần thiết để những photon có khối lượng nhất định rút hết spin của một lỗ đen. Sau đó họ đã khảo sát dữ liệu về tuổi và tốc độ quay của tám lỗ đen siêu khối. Tuổi của những lỗ đen đang quay tròn già nhất đặt ra một giới hạn trên lên khối lượng của photon. Nếu nó thật sự tồn tại, thì photon nặng phải nhẹ hơn 10-20 electron volt – một giá trị rất không có khả năng xảy ra – theo kết luận của đội nghiên cứu. (arxiv.org/abs/1209.0465).

“Chúng tôi đang ràng buộc và gạt sang một bên những gì không phải là vật chất tối,” Cardoso nói.

Alfred Goldhaber thuộc trường Đại học Stony Brook ở New York cho biết nếu các lỗ đen có plasma tích điện xoáy xung quanh chúng, thì chuyển động bị chậm lại của một photon đi qua plasma đó có thể khiến nó hành xử như thể nó có khối lượng, dẫn tới những tính toán sai lạc. Cardoso bào chữa rằng khối lượng biểu kiến này chỉ ảnh hưởng đến những cái ở thang bậc dưới nguyên tử - còn khối lượng thật sự của photon là cái đang xét ở kích cỡ của lỗ đen.

123physics (thuvienvatly.com)​
Nguồn: New Scientist​
 

Quảng cáo

Top