آيا فوتون مي تواند به ذرات کوچک تري تبديل شود؟
امکان واپاشي فوتون‌ها به ذرات سبک‌تر، يکي از جنجالي‌ترين موضوعات فيزيک نوين به شمار مي‌رود که تا کنون تلاش‌هاي بسياري براي اثبات آن صورت گرفته است. تصور اين موضوع که يک فوتون دچار واپاشي شود بسيار سخت است، به ويژه هنگامي که نور ستارگان دوردست را در نظر مي‌گيريم که ميليون‌ها کيلومتر را در فضا طي مي‌کنند تا به ما برسند. با اين حال اگر فوتون‌ها داراي جرم باشند، حتي اگر اين جرم بسيار کوچک و غير قابل مشاهده باشد، احتمال واپاشي آن‌ها به ذرات سبک‌تر وجود دارد.
اگر بخواهيم دنبال نشانه‌هايي براي اين نوع واپاشي بگرديم، بايد به قديمي‌ترين نور موجود در کائنات يعني تابش ميکروموج زمينه مراجعه کنيم.
يک محقق آلماني سعي مي‌کند با استناد به طيف تابش ميکروموج زمينه نشان دهد فوتون‌ها مي‌توانند با احتمال قابل قبولي در طول عمر خود دچار واپاشي شوند. او معتقد است اگر به طيف جسم سياه تابش ميکروموج زمينه دقت کنيم، مي‌بينيم که واپاشي فوتون‌ها امري غير محتمل نيست و بنابراين مي‌توان يک حد پايين براي طول عمر فوتون‌ها در نظر گرفت.
همان‌طور که مي‌دانيم، براي آنکه يک فوتون بتواند دچار واپاشي شود بايد داراي جرم باشد. چرا که در غير اين صورت هيچ ذره سبک‌تري وجود نخواهد داشت که فوتون بتواند به آن فرو بپاشد.
وجود يک فوتون با جرم غير صفر از لحاظ نظري کاملا ممکن است، اما آزمايش‌هايي که با کمک ميدان‌هاي الکتريکي و مغناطيسي صورت گرفته است، جرم فوتون را تا کمتر از ده به توان منفي پنجاه و چهار کيلوگرم محدود مي‌کنند. اين محقق آلماني با فرض اين حد بالا براي جرم فوتون، يک مدل کاملا عمومي در نظر گرفت که در آن فوتون‌ها مي‌توانند به ذرات سبک‌تري چون نوترينوها و يا ذرات ناشناخته واپاشي کنند.
به عنوان يک قيد، محقق آلماني تابش ميکروموج زمينه را در نظر گرفت که در واقع يک تابش بسيار قديمي گسيل شده از پلاسماي داغ و تيره‌اي است که تا چند صد هزار سال پس از مهبانگ وجود داشته است. طيف تابش ميکروموج زمينه به خوبي با طيف تابش يک جسم سياه ايده‌آل همخواني دارد. اين امر بيانگر آن است که تعداد بسيار اندکي از فوتون‌هاي تابش ميکروموج زمينه در طي سفر سيزده ميليارد ساله خود دچار واپاشي شده‌اند.
امکان واپاشي فوتون‌ها به ذرات سبک‌تر، يکي از جنجالي‌ترين موضوعات فيزيک نوين به شمار مي‌رود که تا کنون تلاش‌هاي بسياري براي اثبات آن صورت گرفته است. تصور اين موضوع که يک فوتون دچار واپاشي شود بسيار سخت است، به ويژه هنگامي که نور ستارگان دوردست را در نظر مي‌گيريم که ميليون‌ها کيلومتر را در فضا طي مي‌کنند تا به ما برسند. با اين حال اگر فوتون‌ها داراي جرم باشند، حتي اگر اين جرم بسيار کوچک و غير قابل مشاهده باشد، احتمال واپاشي آن‌ها به ذرات سبک‌تر وجود دارد.
اگر بخواهيم دنبال نشانه‌هايي براي اين نوع واپاشي بگرديم، بايد به قديمي‌ترين نور موجود در کائنات يعني تابش ميکروموج زمينه مراجعه کنيم.
يک محقق آلماني سعي مي‌کند با استناد به طيف تابش ميکروموج زمينه نشان دهد فوتون‌ها مي‌توانند با احتمال قابل قبولي در طول عمر خود دچار واپاشي شوند. او معتقد است اگر به طيف جسم سياه تابش ميکروموج زمينه دقت کنيم، مي‌بينيم که واپاشي فوتون‌ها امري غير محتمل نيست و بنابراين مي‌توان يک حد پايين براي طول عمر فوتون‌ها در نظر گرفت.
همان‌طور که مي‌دانيم، براي آنکه يک فوتون بتواند دچار واپاشي شود بايد داراي جرم باشد. چرا که در غير اين صورت هيچ ذره سبک‌تري وجود نخواهد داشت که فوتون بتواند به آن فرو بپاشد.
وجود يک فوتون با جرم غير صفر از لحاظ نظري کاملا ممکن است، اما آزمايش‌هايي که با کمک ميدان‌هاي الکتريکي و مغناطيسي صورت گرفته است، جرم فوتون را تا کمتر از ده به توان منفي پنجاه و چهار کيلوگرم محدود مي‌کنند. اين محقق آلماني با فرض اين حد بالا براي جرم فوتون، يک مدل کاملا عمومي در نظر گرفت که در آن فوتون‌ها مي‌توانند به ذرات سبک‌تري چون نوترينوها و يا ذرات ناشناخته واپاشي کنند.
به عنوان يک قيد، محقق آلماني تابش ميکروموج زمينه را در نظر گرفت که در واقع يک تابش بسيار قديمي گسيل شده از پلاسماي داغ و تيره‌اي است که تا چند صد هزار سال پس از مهبانگ وجود داشته است. طيف تابش ميکروموج زمينه به خوبي با طيف تابش يک جسم سياه ايده‌آل همخواني دارد. اين امر بيانگر آن است که تعداد بسيار اندکي از فوتون‌هاي تابش ميکروموج زمينه در طي سفر سيزده ميليارد ساله خود دچار واپاشي شده‌اند.