مفاهیم انرژی تاریک و ماده تاریک از زمان تولدشان، همیشه جزو مرموزترین مفاهیم فیزیک بوده‌اند و علت این امر، واضح نبودن ماهیت آنها بوده است. اکنون محققان برای کشف ماهیت ماده تاریک، به دنبال آشکارسازی برهمکنش‌های نادر بین فوتون های تاریک و ماده معمولی هستند. با دیپ لوک همراه باشید…
در سال‌های اخیر، فیزیکدانان به ایده ماده تاریک فوق سبک (ultralight dark matter) علاقه‌مند شده‌اند. ایده‌ای که فرض می‌کند ماده تاریک از بوزون های بسیار کم جرم تشکیل شده است. یکی از این نامزدها «فوتون تاریک» (dark photon) است که پیش‌بینی می‌شود با جفت شدن با فوتون‌های معمولی، برهمکنش ضعیفی با ماده داشته باشد. این فرآیند اختلاط جنبشی (kinetic mixing) نامیده می‌شود. اکنون هایپنگ آن (Haipeng An) از دانشگاه چینهوا (Tsinghua University) چین و همکارانش پیشنهاد کرده‌اند که ممکن است بتوان فوتون های تاریک را از طریق برهمکنش‌های آنها با الکترون‌های آزاد در تلسکوپ‌های رادیویی شناسایی کرد. آن و همکارانش با استفاده از داده‌های تلسکوپ کروی با دهانه پانصد متری موسوم به FAST در چین، حد بالایی احتمال چنین برهم‌کنشی را تعیین کردند.
در تلسکوپ‌های رادیویی با آنتن بشقابی مانند FAST، امواج رادیویی ورودی، نوسانات الکترون‌های آزاد درون آنتن بشقابی را تحریک و سیگنال بازتابی تولید می‌کنند که توسط گیرنده‌ای در مرکز تلسکوپ دریافت می‌شود. اگر فوتون‌های تاریک از طریق اختلاط جنبشی با الکترون‌های آزاد آنتن بشقابی برهمکنش داشته باشند، آنها نیز باید امواج الکترومغناطیسی تولید کنند. فرکانس این امواج الکترومغناطیسی به جرم فوتون های تاریک بستگی خواهد داشت. قاعدتاً اثر این برهمکنش باید در سراسر سیگنال رادیویی دریافت‌شده توسط تلسکوپ، قابل تشخیص باشد. آن و همکارانش به دنبال نشانه‌هایی از اختلاط جنبشی در بین مشاهداتی بودند که FAST در محدوده فرکانس ۱ تا ۱.۵ گیگاهرتز انجام داده بود. وقتی چنین اثری یافت نشد، آنها محاسبه کردند که مقدار کمیتِ بدون بٌعدِ اپسیلون (ϵ) که سرعت اختلاط جنبشی را بیان می‌کند، نمی‌تواند بزرگتر از ۱۲-۱۰ باشد.
پژوهشگران علاوه بر استفاده از داده‌های موجود به دست آمده از FAST، اندازه‌گیری حساسیت در تشخیص فوتون های تاریک را با استفاده از تلسکوپ‌های رادیویی اروپا، استرالیا و آفریقای جنوبی در دستور کار قرار دادند. در مرحله بعد، آنها قصد دارند داده‌های تلسکوپ‌های رادیویی مبتنی بر فضا را تجزیه و تحلیل کنند، که به سیگنال‌های متاثر از فوتون های تاریک در فرکانس‌هایی کمتر از فرکانس‌های قابل دسترس برای تلسکوپ‌های رادیویی زمینی حساس هستند.
