| คลิกที่ภาพเพื่อดูขนาด ใหญ่ขึ้น |
| | |  | เป็นคำถามหลักแห่งศตวรรษที่ 21 ซึ่งคาใจนักฟิสิกส์อนุภาคว่า เหตุใดในจักรวาล "สสาร" จึงปรากฏมากกว่า "ปฏิสสาร" และล่าสุดนักวิทยาศาสตร์ในห้องปฏิบัติการ "เฟอร์มิแล็บ" ของสหรัฐฯ ได้พบร่องรอยที่อาจจะนำไปสู่การไขปัญหาดังกล่าว
นักวิทยาศาสตร์จากหน่วยความร่วมมือเครื่องเร่งอนุภาค "ดีซีโร" (Dzero) ของห้องปฏิบัติการเครื่องเร่งอนุภาคเฟอร์มิแห่งสหรัฐฯ (Fermi National Accelerator Laboratory) หรือ "เฟอร์มิแล็บ" (FermiLab) กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ประกาศว่า พวกเขาได้พบหลักฐานสำคัญของการไม่เป็นไปตามกฎความสมมาตรระหว่าง "สสาร" (matter) และ "ปฏิสสาร" (antimatter) จากพฤติกรรมของอนุภาคที่มี "บัตทอมควาร์ก" (bottom quark) ซึ่งอยู่นอกเหนือการคาดการณ์ของแบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) ในฟิสิกส์อนุภาค
ผลการทดลองซึ่งเกิดจากความร่วมมือของทีมนักฟิสิกส์นานาชาติร่วม 500 คนนี้ ไซน์เดลีระบุว่าได้แสดงให้เห็นถึง 1% ที่แตกต่างระหว่างการผลิตคู่มิวออน (muon) และคู่แอนตีมิวออน (antimuon) ซึ่งสลายตัวจาก "บีเมซอน" (B meson) ที่ผลิตขึ้นในเครื่องเร่งอนุภาคเทวาตรอน (Tevatron) ของเฟอร์มิแล็บ และพวกเขาได้รายงานผลการค้นพบลงวารสารฟิสิคัลรีวิวดี (Physical Review D)
การปกคลุมไปด้วยสสารดังที่เราเห็นอยู่ในจักรวาลนั้นมีความเป็นไปได้ ทางเดียวคือมีความแตกต่างระหว่างพฤติกรรมของอนุภาคและปฏิอนุภาค แต่ถึงแม้นักฟิสิกส์ได้ศึกษาความแตกต่างซึ่งเรียกว่า "การละเมิดกฎความสมมาตรซีพี" (CP violation) ในพฤติกรรมของอนุภาคมาหลายทศวรรษ แต่การรู้ถึงความแตกต่างเหล่านั้นยังน้อยเกินกว่าที่จะอธิบายการมีอยู่ของ สสารมากกว่าปฏิสสารอยู่ดี และยังน้อยเกินกว่าที่สอดคล้องกับแบบจำลองมาตรฐานด้วย
ด้วยวิธีการพิเศษจากการใช้เครื่องตรวจวัดที่มีความแม่นยำและวิธีการ วิเคราะห์แบบใหม่ที่พัฒนาขึ้น จึงได้ผลที่แตกต่างออกไป และหากทุกอย่างได้รับการยืนยัน สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ดีซีโรเห็นนั้น จะอธิบายความเข้าใจอีกขั้นของการมีสสารอยู่มากกว่าปฏิสสาร โดยการพุ่งเป้าไปยังปรากฏการณ์ฟิสิกส์ใหม่ ซึ่งอยู่นอกเหนือจากสิ่งที่รับรู้ในทุกวันนี้
“ผลใหม่ที่น่าตื่นเต้นนี้ได้ให้หลักฐานที่เบี่ยงเบนไปจากทฤษฎี ปัจจุบันในเรื่องการสลายตัวของบีเมซอน และได้รับการยอมรับว่าเป็นการบอกใบ้ใหม่" ดีมิทรี เดนิซอฟ (Dmitri Denisov) โฆษกร่วมประจำการทดลองของทีมดีซโร
ทั้งนี้ ดีซีโรเป็น 1 ใน 2 เครื่องเร่งอนุภาคของเครื่องเร่งอนุภาคเทวาตรอน ที่ประกอบด้วย ดีซีโรและ ซีดีเอฟ (CDF) ซึ่งเมื่อปีที่ผ่านมา ไซน์เดลีระบุว่าเครื่องเร่งอนุภาคทั้งสองของเทวาตรอนนี้ได้เห็นผลการทดลอง คล้ายๆ กันนี้ ในการศึกษาอนุภาคที่เกิดจากบัตทอมควาร์ก และสแตรงจ์ควาร์ก (strange quark)
สำหรับธรรมชาติของสสารและปฏิสสารนั้น เมื่อทั้งคู่ชนกันที่ระดับพลังงานสูงๆ จะเปลี่ยนสู่พลังงานจำนวนหนึ่งพร้อมๆ กับผลิตอนุภาคและปฏิอนุภาคตัวใหม่ออกมาด้วย และที่เฟอร์มิแล็บนั้นนักวิทยาศาตร์ได้เห็นการชนกันของโปรตอนและแอนตีโปรตอน วันละหลายล้านครั้ง และกระบวนการดังกล่าวคล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเอกภพกำเนิดขึ้นมาก
ตามที่น่าจะเป็นแล้วจากกระบวนการดังกล่าวควรจะได้จักรวาลที่มีสสาร และปฏิสสารเท่าๆ กัน แต่ปรากฏว่าโลกรอบตัวเรากลับสร้างขึ้นด้วยสสาร ส่วนปฏิสสารกลับสร้างขึ้นได้จากเครื่องเร่งอนุภาค ปฏิกิริยานิวเคลียร์ หรือเกิดจากรังสีคอสมิคเท่านั้น และ “เกิดอะไรขึ้นกับปฏิสสาร?” ก็เป็นหนึ่งในคำถามสำคัญของวงการฟิสิกส์อนุภาค ประจำศตวรรษที่ 21 นี้
ทีมนักฟิสิกส์ดีซีโรได้พยายามออกแบบการวิเคราะห์ข้อมูลเพื่อเลี่ยง ความลำเอียงต่อสิ่งที่พวกเขาเห็น ซึ่งทางเดียวที่จะพิสูจน์ว่าเครื่องมือที่ใช้ในการวิเคราะห์นั้นถูกต้องคือ ทีมนักฟิสิกส์ดีซีโรต้องดูชุดข้อมูลทั้งหมด ซึ่งเป็นการพิสูจน์ที่ใช้เวลาอันยาวนาน และเพื่อป้องข้อมูลไม่ให้ได้รับผลกระทบจากเครื่องมือระหว่างเก็บรวบรวม ข้อมูล ทีมทดลองจึงต้องกลับขั้วสนามแม่เหล็กของเครื่องเร่งอนุภาคที่ใช้ทดลอง
“เราหลายคนรู้สึกขนลุกเลยทีเดียวเมื่อได้เห็นผลการทดลอง เรารู้เลยว่าได้เห็นบางอย่างที่นอกเหนือไปจากสิ่งที่เราเห็นมาก่อน และอยู่นอกเหนือสิ่งที่ทฤษฎีในปัจจุบันได้อธิบาย" สเตฟาน โซล์ดเนอร์-เรมโบล์ด (Stefan Soldner-Rembold) โฆษกร่วมอีกคนของดีซีโรกล่าว
อย่างไรก็ดีความแม่นยำในการวัดของทีมดีซีโรยังมีข้อจำกัดในข้อมูล บันทึกการชนกันของอนุภาคซึ่งทำได้เท่าที่มีการทดลอง ดังนั้น ทั้งเครื่องเร่งอนุภาคซีดีเอฟและดีซีโรยังคงเก็บรวบรวมข้อมูล และวิเคราะห์โดยละเอียดเพื่อแก้ปัญหานี้ และแก้ปัญหาพื้นฐานอื่นๆ อีกหลายคำถาม
“เครื่องเร่งอนุภาคเทวาตรอนเดินเครื่องได้อย่างดีเยี่ยม ให้ข้อมูลแก่นักวิทยาศาสตร์เฟอร์มิแล็บจากการชนอนุภาคที่มีพลังงานสูงแบบที่ ไม่เคยคาดมาก่อน เพื่อให้พวกเขาพิสูจน์ความลับลึกสุดของธรรมชาติ ผลทดลองที่น่าสนใจนี้เน้นย้ำความสำคัญและศักยภาพทางวิทยาศาสตร์ของโครงการเท วาตรอน" เดนนิส โควาร์ (Dennis Kovar) ผู้ช่วยผู้อำนวยการฟิสิกส์พลังงานสูงจากสำนักงานวิทยาศาสตร์ กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ กล่าว
ผลจากการทดลองที่นำมาสู่การค้นพบร่องรอยที่จะไขปริศนาว่าเหตุใดสสาร จึงมากกว่าปฏิสสารนี้ เป็นผลมาจากการเก็บข้อมูลในการทดลองของเครื่องเร่งอนุภาคดีซีโรนานถึง 8 ปี ที่สอดคล้องกับการเร่งโปรตอนให้ชนแอนตีโปรตอนหลายล้านล้านครั้งโดยเครื่อง เร่งอนุภาคเทวาตรอน
ขณะที่เครื่องเร่งอนุภาคสัญชาติสหรัฐฯ ดูเหมือนจะนำหน้าในการค้นพบทางฟิสิกส์อนุภาค เครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี (Large Hadron Collider: LHC) เครื่องเร่งอเนุภาคขนาดใหญ่ที่สุดในโลกขณะนี้ ก็มีเค้าลางที่จะค้นอนุภาคใหม่ โดยคาดว่าจะพบอนุภาคโบซอน (boson) 2 ชนิดที่ในทางทฤษฎีทำนายว่ามีอยู่ ซึ่งบีบีซีนิวส์รายงานว่านับแต่เดินเครื่องเร่งอนุภาคชนกันครั้งแรกเมื่อ พ.ย.2009 มีอนุภาคชนกันแล้วกว่า 500 ล้านครั้ง
อนุภาคแรกๆ ที่เครื่องเร่งอนุภาคยักษ์ของเซิร์น (CERN) ได้ค้นพบคือ อนุภาคดับเบิลยูไพรม์โบซอน (W prime boson) และอนุภาคแซดไพรม์โบซอน (Z prime boson) ซึ่งเป็นรูปที่หนักขึ้นของอนุภาคดับเบิลยูโบซอน (W boson) และแซดโบซอน (Z boson) ซึ่งตอบสนองต่อแรงอันตรกริยานิวเคลียร์อย่างอ่อน (weak interaction) หนึ่งใน 4 แรงพื้นฐาน ที่ยังประกอบด้วยแรงโน้มถ่วง แรงนิวเคลียร์อย่างเข้มและแรงแม่เหล็กไฟฟ้า
เซิร์นค้นพบอนุภาคดับเบิลยูโบซอนและแซดโบซอนตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1980 จากเครื่องอนุภาคพลังงาน 100 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์ (GeV) ทั้งนี้นักฟิสิกส์อนุภาคต้องการเพิ่มกำลังให้เครื่องเร่งอนุภาคสูงขึ้น เพื่อตรวจวัดอนุภาคที่มีมวลมากขึ้น ดังนั้นจงได้สร้างเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซีที่มีกำลังมากกว่าเครื่องเร่อนุ ภาคใดๆ ก่อนนั้นนี้
หากทุกอย่างไปได้สวย ดร.โทนี วีดเบิร์ก (Dr. Tony Weidberg) นักฟิสิกส์อนุภาคจากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด (University of Oxford) สหราชอาณาจักร ซึ่งปฏิบัติงานอยู่ในส่วนของเครื่องตรวจวัดอนุภาคแอตลาส (Atlas) ของแอลเอชซีกล่าวว่า เครื่องตรวจวัดอนุภาคน่าจะไวต่อการตรวจอนุภาคที่ระดับพลังงาน 1,000 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์ได้ในอีก 2-3 เดือนข้างหน้า
สำหรับแอตลาสนั้นได้ตรวจวัดการปรากฏของอนุภาคดับเบิลยูโบซอนที่มีมวล ต่ำจากสิ่งที่สลายตัวในการชนกันภายในเครื่องตรวจวัดอนุภาค ซึ่งแม้ว่าอนุภาคนี้จะเป็นที่รู้จักของนักฟิสิกส์อยู่แล้ว แต่การจำแนกอนุภาคซึ่งเป็นที่รู้จักอยู่แล้วนั้นมีความสำคัญต่อการปรับเทียบ เครื่องตรวจวัดอนุภาคอย่างเครื่องตรวจวัดอนุภาคแอตลาส | | |
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น