แผนการทดลองตรวจสอบว่าโฟตอนมีมวลหรือไม่

นักฟิสิกส์ในสหรัฐอเมริกาได้วางแผนที่จะทดสอบกฎของคูลอมบ์ด้วยวิธีการวัดแบบใหม่ที่มีความละเอียดมากกว่าแบบเก่า 10,000 เท่า การทดลองนี้จะใช้วิธีสังเกตอนุภาคมีประจุอย่างระมัดระวังขณะที่มันเคลื่อนที่ผ่านท่อโลหะเพื่อหาว่ามีการเคลื่อนที่ที่แตกต่างจากกฎของคูลอมบ์หรือไม่ ถ้ามีการเคลื่อนที่ที่แตกต่างจากที่คำนวนจากกฎของคูลอมบ์เกิดขึ้นก็จะเป็นปัญหาใหม่ในฟิสิกส์ทฤษฎี

กฎของคูลอมบ์กล่าวว่าแรงระหว่างประจุ 2 ตัวจะแปรผกผันกับระยะห่างยกกำลังสอง กฎนี้เป็นรากฐานของทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าและถ้าพบปัญหาเกิดขึ้นในกฎนี้จะทำให้ สมการของแมกซ์เวลล์และโมเดลมาตรฐาน (Standard model) ของฟิสิกส์อนุภาคจะต้องถูกแก้ไข และอีกจุดที่สำคัญอีกจุดหนึ่งที่อาจจะเกิดขึ้นตามมาคือโฟตอนจะมีมวลที่ไม่เป็นศูนย์ ซึ่งยังไม่มีหลักฐานทางการทดลอง

การทดสอบกฎของคูลอมบ์ครั้งสุดท้ายเกิดขึ้นในปี 1983 โดย Richard Crandall ที่ Reed College ในสหรัฐอเมริกาได้ทำการวัดสนามไฟฟ้าระหว่างผิวตัวนำ เขาได้สรุปว่ากฎที่ สนามไฟฟ้าแปรผกผันกำลังสองกับระยะทาง ของคูลอมบ์จะมีความถูกต้องถึงระดับ 1 ส่วนใน 10¹⁷

ตอนนี้ Dallin Durfee และผู้ร่วมงานที่ Brigham Young University ใน Utah ได้เสนอการทดลองที่มีความละเอียดมากกว่าก่อนโดยใช้วิธีการใหม่ที่มีชื่อว่า "Charged-particle matter-wave interferometry" ( Phys. Rev. Lett. 99 200401) โดยเป็นวิธีการที่เกี่ยวข้องกับการส่งลำอะตอมในท่อเหล็กที่มีความยาว 3 เมตร (ดูรูป) และเลเซอร์จะทำให้อะตอมแตกตัวเป็นไอออน โดยจะเหลือเป็นลำไอออนประจุบวกนี้ และจะถูกแยกออกเป็น 2 ลำขนานกันโดยกระจกและแผ่นเกรตติง จากนั้นลำไอออนจะกลับมารวมกันอีกครั้งที่อีกด้านของท่อ

ถ้ามีการเคลื่อนที่ที่ขัดแย้งกับกฎของคูลอมบ์ ลำไอออนแต่ละลำ (ในรูป: ลำบนและลำล่าง) จะประสบกับศักย์ไฟฟ้าที่ต่างกัน เมื่อเราให้ความต่างศักย์ที่มีค่าแกว่งไปมาใส่กับท่ออันใน ความต่างกันของศักย์ไฟฟ้านี้จะมีผลต่อเฟสของลำไอออนทั้งสองซึ่งจะสามารถวัดได้จากการสังเกตการแทรกสอดของลำไอออนเมื่อรวมกัน

ในการทดลองนี้จะทดสอบผลของกฎของคูลอมบ์ที่กล่าวว่า สนามไฟฟ้าในพื้นที่ว่างที่ล้อบรอบทั้งหมดด้วยแผ่นตัวนำจะไม่ขึ้นกับศักย์ไฟฟ้าใด ๆ ที่ให้บนแผ่นตัวนำ ดังนั้นถ้ามีความเปลี่ยนแปลงของเฟสเกิดขึ้น แสดงว่ามีปรากฎการณ์ที่ขัดกับกฏนี้

จากการคำนวนของทีมวิจัย การทดลองของพวกเขาจะสามารถตรวจสอบกฏของคูลอมบ์ได้ในระดับความถูกต้องที่หนึ่งใน 10²² การทดลองนี้จะตรวจพบมวลของโฟตอนได้ถ้ามวลของโฟตอนมีค่าประมาณ 10^-49 กรัม

http://physicsworld.com/cws/article/news/31999