האם חומר אפל מעביר אור דרך קירות?

לפני חודשים אחדים התפרסם מחקר של חוקרים איטלקים בקבוצת המחקר PVLAS, שלפיו הקיטוב של קרן לייזר הנעה בריק שבו שורר שדה מגנטי משתנה בהשפעת השדה. שינויים כאלה אינם אמורים לקרות על פי הפיזיקה הקלאסית, והם מוסברים לרוב על סמך קיומם של זוגות חלקיקים ואנטי-חלקיקים וירטואליים. במחקר זה מצאו החוקרים, כי השינוי מתרחש רק בנוכחות שדה מגנטי.

אחד המנגנונים שהוצעו על מנת להסביר את התופעה מניח את מעורבותו של חלקיק בשם אקסיון (Axion), שהוא חלקיק של "חומר אפל" שקיומו נחזה על פי תורות שונות שמעבר למודל הסטנדרטי של הפיזיקה. חלקיק זה טרם נצפה בפועל. ההשערה היא, כי חלק מן הפוטונים הופך לאקסיונים, בהשפעת רכיב מסוים של התנע הזוויתי של הפוטונים ביחס לכיוון השדה המגנטי החיצוני. התוצאה היא שינוי נטו בכיוונו של התנע הזוויתי, כלומר, בקיטוב של הקרן. כעת מציעים מדענים מגרמניה - אולריך קוץ(Ulrick Kötz) ועמיתיו - ניסוי שיבדוק אם ניתן להבחין בעדויות לתהליך זה.

הניסוי אמור להתבסס על קרן לייזר בעוצמה גבוהה, שתופק באמצעות לייזר אלקטרונים חופשיים הממוקם במתקן המחקר DESY שבגרמניה. המחקר ישחזר את הניסוי שערכה הקבוצה האיטלקית, אך הפעם, לאחר מעבר הקרן בשדה המגנטי, ייתקלו הפוטונים בקיר אטום. ההשערה היא שאם חלק מהפוטונים הותמר לאקסיונים, יוכל חלק זה לעבור דרך הקיר, מאחר שלאקסיונים חתך פעולה נמוך עם חומר (כלומר, הם כמעט אינם מקיימים אינטראקציות עם חלקיקי חומר).

גם בצדו האחר של הקיר ישרור שדה מגנטי, אשר יגרום לתהליך ההפוך, כך שחלק מן האקסיונים יותמרו שוב לפוטונים. מצדו האחר של הקיר, כך מקווים החוקרים, ניתן יהיה להבחין ב"שחזור" של הפוטונים. גלאי רגיש במיוחד יוצב על מנת לצפות בפוטונים המעטים אשר "עוברים דרך קירות". המדענים מקווים שניתן יהיה להבחין בעדויות לקיומם של אקסיונים, או לחלופין לשלול בסבירות גבוהה הסבר זה לשינוי הקיטוב שבו הבחינה הקבוצה האיטלקית.

האקסיונים מעולם לא נצפו – לא במאיצי חלקיקים ולא במערכות אסטרופיזיקליות. ייתכן, כמובן, שאינם קיימים כלל, וממילא אינם מעורבים בשינוי הקיטוב המתואר כאן; אך אם הם קיימים, ייתכן שהם בעלי תכונות מסוימות המונעות מהם להיווצר או להתגלות ברוב התנאים, אך ניסוי זה יאפשר את התנאים המתאימים לצפייה בהם.