ตามล่าหาแอกเซียน อนุภาคลึกลับแห่งจักรวาล: รู้จัก DMRadio, BabyIAXO และเส้นทางจากบรอดเวย์สู่นักฟิสิกส์ของเจสซิกา ฟราย

ABRACADABRA: ผู้บุกเบิกที่ปูทางให้กับ MIT

ABRACADABRA-10 cm (คำย่อที่สะกดได้ตรงกับคำว่า 'อาบราคาดาบรา') เป็นเครื่องตรวจจับแอกเซียนที่ใช้แม่เหล็กรูปโดนัทเพื่อมองหาการไหลของกระแสไฟฟ้าที่สั่นซึ่งเกิดจากแอกเซียนที่วิ่งผ่าน มันดำเนินการทดลองสองครั้งระหว่างปี 2018 ถึง 2020 และตั้งค่าขีดจำกัดการกีดกันระดับโลกในการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างแอกเซียนกับโฟตอนในช่วงมวลน้อย (0.31–8.8 neV) แม้จะไม่พบสัญญาณแอกเซียนเลยก็ตาม

แต่ความสำเร็จนี้ไม่ได้ไร้ค่า ปัจจุบัน ABRACADABRA ได้เปลี่ยนโฉมไปสู่ภารกิจใหม่: ในปี 2025 มันถูกนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อค้นหาคลื่นความโน้มถ่วงความถี่สูง ที่สำคัญกว่านั้น มันได้วางรากฐานทางเทคนิคให้กับโปรแกรม 'DMRadio' ซึ่งเป็นหัวหอกหลักในโครงการค้นหาแอกเซียนของ MIT ในตอนนี้

DMRadio: แผนระยะถัดไปของ MIT

ชุดการทดลอง DMRadio คือแผนแบบเป็นขั้นเป็นตอนของ MIT เพื่อครอบคลุมมวลของแอกเซียนที่ต่ำกว่า 1 ไมโครอิเล็กตรอนโวลต์ (μeV) ทุกเฟสใช้หลักการเดียวกัน — สนามแม่เหล็กแรงสูงจะเปลี่ยนแอกเซียนให้เป็นสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตรวจจับได้ — แต่มีขนาดและความไวที่เพิ่มขึ้น

• DMRadio-50L — กำลังก่อสร้างที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด โดยจะค้นหาช่วงความถี่ 5 kHz ถึง 5 MHz และยังใช้เป็นพื้นที่ทดสอบเซนเซอร์ควอนตัมอีกด้วย . ปัจจุบันระบบไครโอเจนิกส์ทำงานได้แล้ว และคาดว่าจะเริ่มเก็บข้อมูลได้ในไม่ช้า
• DMRadio-m³ — อยู่ในขั้นตอนการออกแบบ มันถูกออกแบบมาให้ไวพอที่จะตรวจจับแบบจำลองแอกเซียน QCD มาตรฐาน (KSVZ และ DFSZ) ในช่วง 10–200 MHz . ตามเอกสารออกแบบปี 2025 การจะไปถึงเป้าหมายหลักใน DFSZ จะต้องใช้เวลาสแกนจริง 2.9 ปี
• DMRadio-GUT — การทดลองในอนาคตระยะยาวที่มุ่งเป้าไปยังแอกเซียนของทฤษฎี GUT (100 kHz – 30 MHz) ด้วยความไวที่ชัดเจน
• DMRadio-Core — รูปทรงเรขาคณิตแบบใหม่ที่เสนอในปี 2026 ซึ่งใช้โซลินอยด์แบบแยกส่วนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเก็บสัญญาณ ลดพลังงานแม่เหล็กที่ต้องใช้และคงความไวไว้ได้

เจสซิกา ฟราย: จากบรอดเวย์สู่เวทีฟิสิกส์

เจสซิกา ฟราย (Jessica Fry) คือนักศึกษาปริญญาเอกฟิสิกส์ปีที่ 5 ที่ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ของ MIT (LNS) เธอมีพื้นหลังที่แปลกตา นั่นคือเธอเคยเป็นนักแสดงมืออาชีพบนเวทีบรอดเวย์มาก่อนที่จะหันมาเรียนฟิสิกส์

ปัจจุบันเธอกำลังสร้างเครื่องตรวจจับพิเศษสำหรับโปรแกรม DMRadio เธอกล่าวถึงการล่าแอกเซียนว่า: "มันเป็นปัญหาที่ยาก แต่ก็เป็นปัญหาที่แก้ได้ มันเป็นการล่าที่สนุก"

ผลงานของเธอทำให้เธอได้รับเลือกให้อยู่ในรายชื่อ Forbes 30 Under 30 สาขาวิทยาศาสตร์ ประจำปี 2026 และเธอได้ตีพิมพ์เอกสารทางวิทยาศาสตร์แล้ว 10 ฉบับ มียอดอ้างอิงเกือบ 200 ครั้ง

BabyIAXO และหอดูดาวแอกเซียนนานาชาติ (IAXO)

BabyIAXO เป็น "กล้องโทรทรรศน์แอกเซียน" (Axion Helioscope) ขนาดกลางที่จะค้นหาแอกเซียนที่ผลิตขึ้นภายในดวงอาทิตย์ โดยใช้วงแหวนแม่เหล็กคู่ตัวนำยิ่งยวดแบบพิเศษ ซึ่งศาสตราจารย์แมทเธียส ชอตต์ (Matthias Schott) แห่งมหาวิทยาลัยบอนน์ ผู้ประสานงานโครงการ กล่าวว่าเป็น "แม่เหล็กไดโพลที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยสร้างมาในฟิสิกส์อนุภาค"

แม่เหล็กนี้มีความยาว 10 เมตร มีช่องว่างสองช่องขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 70 ซม. ทำงานที่อุณหภูมิประมาณ -270°C และติดตั้งบนแท่นเคลื่อนที่เพื่อติดตามดวงอาทิตย์เป็นเวลา 12 ชั่วโมงต่อวัน

มูลนิธิวิจัยเยอรมัน (DFG) เพิ่งอนุมัติงบประมาณ 6 ล้านยูโรผ่านศูนย์คลัสเตอร์ดีเด่น "Color meets Flavor" ที่มหาวิทยาลัยบอนน์, ซีเกน และดอร์ทมุนด์ เพื่อสร้างระบบแม่เหล็กนี้ BabyIAXO จะตั้งอยู่ที่ DESY ในฮัมบูร์ก และจะทดสอบเทคโนโลยีแม่เหล็ก เลนส์ และเครื่องตรวจจับสำหรับ หอดูดาวแอกเซียนนานาชาติ (IAXO) ซึ่งจะมีความไวต่อแอกเซียนจากดวงอาทิตย์เพิ่มขึ้นอย่างมหาศาล

มุมมองของวงการฟิสิกส์: มองโลกในแง่ดีอย่างมีเหตุผล

วงการกำลังเติบโตอย่างรวดเร็วและมีความหวังอย่างแท้จริง แต่คำว่า "การค้นพบที่หลีกเลี่ยงไม่ได้" อาจจะเกินจริงไปเสียหน่อย การทดลองหลายครั้ง — ADMX, CAPP, HAYSTAC, ABRACADABRA และอื่นๆ — ค่อยๆ ตีวงแคบลงในพื้นที่ของพารามิเตอร์ที่แอกเซียนสามารถซ่อนตัวอยู่ได้

DMRadio-m³ และ ADMX-EFR กำลังจะก้าวเข้าสู่บริเวณที่แบบจำลอง QCD axion (KSVZ และ DFSZ) ซึ่งเป็นที่ยอมรับในทางทฤษฎีมากที่สุดจะถูกทดสอบในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า นักฟิสิกส์หลายคนมองว่าการล่าครั้งนี้เป็น "ปัญหาที่แก้ได้" เพราะสัญญาณของแอกเซียนมีรูปแบบที่โดดเด่น

อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการตรวจพบสัญญาณแอกเซียนเลย และมวลของแอกเซียนอาจอยู่ในบริเวณที่ท้าทายต่อการทดลองในปัจจุบัน อารมณ์โดยรวมของวงการจึงถูกอธิบายได้ดีที่สุดว่าเป็น การมองโลกในแง่ดีอย่างมีขอบเขต (Guarded Optimism) — เครื่องมือที่จำเป็นกำลังมาถึงในที่สุด ซึ่งอาจนำไปสู่การค้นพบแอกเซียน หรือไม่ก็สามารถกีดกันมันออกไปได้อย่างเด็ดขาดในช่วงมวลกว้างๆ และนั่นก็จะเป็นผลลัพธ์ที่ยิ่งใหญ่ไม่ว่าจะทางใดก็ทางหนึ่ง