ภาพวาด: หลังเกิดบิ๊กแบงที่กำเนิดเป็นจักรวาล ในเวลานั้น สสารและปฏิสสารกำเนิดขึ้นในปริมาณที่เท่ากัน
นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบครั้งสำคัญเกี่ยวกับปฏิสสาร ซึ่งเคยมีอยู่ในปริมาณมาก ในช่วงแรกเริ่มของจักรวาล
ปฏิสสาร หรือ Anti-matter เป็นคู่ตรงข้ามของสสาร ซึ่งเชื่อว่าเกิดขึ้นในการระเบิดครั้งใหญ่ หรือบิ๊กแบง และเคยมีปริมาณมากเท่ากับสสาร แต่ปัจจุบัน กลับแทบไม่เหลือปฏิสสารในจักรวาลอยู่เลย
.
ผลการศึกษาล่าสุด ได้ค้นพบว่า ปฏิสสารและสสาร ตอบสนองต่อแรงโน้มถ่วงในลักษณะเดียวกัน นั่นคือทั่งคู่ร่วงหล่นสู่พื้นดิน
.
ตลอดหลายปีมานี้ นักฟิสิกส์พยายามค้นหาความแตกต่างและความเหมือน ระหว่างปฏิสสารและสสาร เพื่อหาคำตอบว่าจักรวาลถือกำเนิดได้อย่างไร
.
หากค้นพบว่า ปฏิสสารตอบสนองต่อแรงโน้มถ่วง ด้วยการลอยตัวขึ้น แทนที่จะตกลงสู่พื้นดิน (สสารร่วงหล่นลงพื้นดิน ตามแรงโน้มถ่วง) อาจเปลี่ยนความเข้าใจเกี่ยวกับฟิสิกส์ไปอย่างสิ้นเชิง
.
แต่นี่ถือเป็นครั้งแรก ที่นักวิทยาศาสตร์ยืนยันว่า อะตอมของปฏิสสารร่วงลงสู่พื้นดินตามแรงโน้มถ่วง เหมือนกับสสาร แต่นี่ไม่ใช่ทางตันทางวิทยาศาสร์ เพราะมันเปิดประตูสู่แนวทางการทดลองและทฤษฎีใหม่ ๆ อาทิ แล้วปฏิสสารร่วงหล่นสู่พื้นดินด้วยความเร็วเท่ากับสสารหรือไม่ เป็นต้น
.
ในช่วงเกิดการระเบิดครั้งใหญ่ หรือบิ๊กแบง สสารและปฏิสสารควรจะผสมรวมกัน หรือหักล้างกันเอง จนไม่เหลือสิ่งอื่นใดนอกจากแสงสว่าง ซึ่งเป็นแรงบันดาลใจสู่พล็อตหนังสือเรื่อง เทวากับซาตาน ของแดน บราวน์ ที่ชี้ว่า ปฏิสสาร 1 กรัม สร้างแรงเท่าไดนาไมท์ 5,000 ตัน เมื่อปล่อยให้ปฏิสสารสัมผัสกับสสาร จนหักล้างกันเอง
.
ทั้งนี้ การที่สสารและปฏิสสารไม่ได้มีปฏิกิริยาระหว่างกันเช่นนั้น ถือเป็นปริศนายิ่งใหญ่ที่สุดของวงการฟิสิกส์ ทำให้การค้นหาความแตกต่างระหว่างสสารกับปฏิสสาร เป็นหัวใจสำคัญต่อการไขปริศนา
.
ตอนที่จักรวาลถือกำเนิดขึ้น กลายเป็นว่าสสารมีชัยเหนือปฏิสสาร ดังนั้น ดร.แดเนียลเอล ฮอดก์คินตัน ซึ่งเป็นสมาชิกทีมวิจัยองค์การวิจัยด้านนิวเคลียร์และฟิสิกส์อนุภาคแห่งยุโรป หรือ เซิร์น จึงเชื่อว่า การค้นพบว่าปฏิสสารตอบสนองต่อแรงโน้มถ่วงอย่างไรนั้น อาจเป็นกุญแจสำคัญ
.
“เรายังไม่เข้าใจว่า สสารมีอำนาจเหนือกว่าในจักรวาลของเราได้อย่างไร ซึ่งเป็นสิ่งที่กระตุ้นให้เราทำการวิจัย” เธอบอกกับบีบีซี
.
ปฏิสสารส่วนใหญ่ดำรงอยู่เพียงชั่วครู่ เพียงเศษเสี้ยวของวินาทีในจักรวาลช่วงแรกกำเนิดเท่านั้น ทีมวิจัยเซิร์นจึงต้องสร้างปฏิสสารขึ้นมา และทำให้มันมีความเสถียรและดำรงอยู่ได้เป็นเวลานาน
.
ศาสตราจารย์ เจฟฟรีย์ แฮงส์ต ใช้เวลานานกว่า 30 ปี เพื่อสร้างศูนย์ทดลองที่สร้างอะตอมของปฏิสสารหลายพันตัว จากอะตอมย่อยของอนุภาค ก่อนจะกักเก็บมันไว้ และปล่อยให้มันร่วงหล่นตามแรงโน้มถ่วง
.
“ปฏิสสารถือเป็นสิ่งที่น่าทึ่ง และเต็มไปด้วยปริศนาที่สุดเท่าที่คุณจะจินตนาการได้” เขาบอกกับบีบีซี
.
“เท่าที่เราเข้าใจ คุณอาจสร้างจักรวาลเหมือนของเราได้ แต่เป็นจักรวาลที่เต็มไปด้วยปฏิสสาร” ศ.แฮงส์ต กล่าวต่อ
.
ปฏิสสารคืออะไร ?
วิศวกรใส่ฮีเลียมเหลวเข้าไปในระบบ เพื่อคงสภาพปฏิสสารให้อยู่ในอุณหภูมิติดลบ 270 องศาเซลเซียส ซึ่งใกล้เคียงกับอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์มากที่สุดแล้ว
การอธิบายปฏิสสาร ต้องเริ่มจากการทำความเข้าใจว่า สสาร คืออะไร
.
โลกของเราสร้างขึ้นจากสสาร กำเนิดจากอนุภาคขนาดเล็กเรียกว่า อะตอม
.
อะตอมที่เรียบง่ายที่สุด คือ ไฮโดรเจน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของดวงอาทิตย์ อะตอมของไฮโดรเจนเกิดจากโปรตอนประจุบวกตรงกลาง และมีโปรตอนประจุลบโคจรอยู่โดยรอบ
.
นั่นคืออะตอมไฮโดรเจนของสสาร แต่หากเป็นปฏิสสาร โปรตอนประจุลบจะอยู่ตรงกลาง และประจุบวกโคจรอยู่รอบ กล่าวคือประจุบวกประจุลบสลับกัน เรียกว่าเป็น ปฏิไฮโดรเจน หรือแอนติไฮโดรเจน ซึ่งเป็นสิ่งที่ถูกนำมาใช้ในการทดลองของเซิร์น
.
ทีมวิจัยของเซิร์นสร้าง “แอนติโปรตอน” ขึ้นด้วยการทำให้อนุภาคชนกันภายในอุโมงค์ด้วยความเร็วสูงใกล้เคียงกับความเร็วแสง ซึ่งเป็นระดับความเร็วที่นักวิจัยควบคุมไม่ได้
.
ขั้นตอนแรกที่นักวิจัยทำ คือทำให้พวกมันเคลื่อนที่ช้าลง ด้วยการส่งพวกมันเข้าไปวิ่งในวงแหวนจนสูญเสียพลังไป จนกระทั่งพวกมันเคลื่อนไหวด้วยความเร็วเพียงพอที่จะควบคุมได้
.
จากนั้น ทีมวิจัยจะส่งแอนติโปรตอน และโพซิตรอน เข้าไปในแม่เหล็กขนาดยักษ์ เพื่อให้พวกมันผสมรวมกันจนสร้างอะตอมของปฏิไฮโดรเจนหลายพันอะตอมออกมา
.
แม่เหล็กนี้จะสร้างสนามแม่เหล็กที่จะคงปฏิไฮโดรเจนให้อยู่ในอากาศ เพราะหากมันสัมผัสเข้ากับบรรจุภัณฑ์ (ที่เป็นสสาร) มันก็จะถูกทำลาย จากการหักล้างกันเอง
.
การทดลองล่าสุด คือการปลดปล่อยสนามแม่เหล็ก ให้เซนเซอร์ตรวจจับว่า ปฏิไฮโดรเจน (ปฏิสสาร) ร่วงหล่นหรือลอยขึ้น ตามแรงโน้มถ่วงโลก
.
นักทฤษฏีบางคนคาดการณ์ว่า หากกระทำเช่นนี้ ปฏิสสารจะลอยขึ้น แต่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของโรเบิร์ต ไอน์สไตน์ ทำนายไว้ตั้งแต่กว่า 100 ปีก่อนแล้วว่า ปฏิสสารควรจะมีคุณลักษณะเหมือนกับสสาร นั่นคือร่วงลงสู่พื้นดิน
.
จากทฤษฎีนั้น มาวันนี้ ทีมวิจัยของเซิร์นได้ยืนยันแล้วด้วยความมั่นใจสูงสุดว่า สิ่งที่ไอน์สไตน์ทำนายไว้นั้นถูกต้อง
.
แต่เพียงเพราะปฏิสสารไม่ได้ลอยขึ้น ไม่ได้หมายความว่า ปฏิสสารร่วงหล่นด้วยความเร็วเท่ากับสสาร
.
ขั้นตอนวิจัยต่อไป ทีมวิจัยจะยกระดับการทดลองให้มีความละเอียดยิ่งขึ้นไปอีก เพื่อตรวจจับระดับความเร็วการร่วงหล่นของปฏิสสาร
.
หากการทดลองสำเร็จ ก็อาจนำไปสู่การตอบคำถามสำคัญได้ว่า จักรวาลถือกำเนิดได้อย่างไร โดยผลการวิจัยล่าสุดนี้ ได้ตีพิมพ์ในวารสารเนเจอร์ (Nature) แล้ว
ที่มา : BBC https://www.bbc.com/thai/articles/c6p5r7mz1meo
