นักฟิสิกส์อาจค้นพบนิวตริโนชนิดใหม่!

บทความพิเศษโดย คุณป๋องแป๋ง อาจวรงค์ จันทมาศ
.
ในปี ค.ศ. 2012 เครื่องเร่งอนุภาคที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในโลกอย่าง LHC (Large Halidron Collider) ได้ค้นพบอนุภาคฮิกส์โบซอน (Higgs boson) ซึ่งเป็นข่าวเกรียวกราวไปทั่วโลก แต่หลังจากนั้นเครื่องเร่งอนุภาคดังกล่าวดูจะเงียบเหงาลงไปบ้าง เนื่องจากไม่ได้ค้นพบอนุภาคใหม่ๆอีกเลย
.
อย่างไรก็ตาม เมื่อต้นเดือนมิถุนายนที่เพิ่งผ่านมานี้ นักฟิสิกส์มีเรื่องตื่นเต้นให้ติดตามกันอีกครั้ง เมื่อทีมนักวิจัยห้องทดลองนิวตริโน MiniBooNE (ย่อมาจาก Mini Booster Neutrino Experiment) ประเทศสหรัฐอเมริกาประกาศว่าอาจค้นพบนิวตริโตชนิดใหม่!
นิวตริโนเป็นหนึ่งในอนุภาคมูลฐานที่เบามากจนเกือบไม่มีมวล มันเกิดอันตรกิริยา (interac-tion)กับแรงอย่างอ่อน(weak force)และแรงโน้มถ่วงเท่านั้น
.
ปัจจุบันนักฟิสิกส์จำแนกนิวตริโนออกเป็นสามชนิด (flavor) ตามประเภทของอนุภาคที่มันสามารถเกิดอันตรกิริยาได้ ได้แก่ นิวตริโนอิเล็กตรอน นิวตริโนมิวออน และนิวตริโนเทา นักฟิสิกส์พบว่านิวตริโนทั้งสามชนิดนี้สามารถสับเปลี่ยนชนิดไปมาได้โดยนักฟิสิกส์เรียกปรากฏการณ์นี้ว่าการกวัดแกว่งของนิวตริโน (neutrino oscillation)
นิวตริโนชนิดใหม่ที่กล่าวถึงในงานวิจัยล่าสุดนี้ ได้รับการขนานนามว่า นิวตริโนสเตอไรล์ (sterile neutrino) ซึ่งมันทำปฏิกิริยากับแรงโน้มถ่วงเท่านั้น ก่อนหน้านี้นิวตริโนสเตอไรล์ มีตัวตนอยู่แค่ในทฤษฎีฟิสิกส์ แต่การทดลองนี้อาจเป็นครั้งแรกที่มีการตรวจจับสัญญาณที่มาจากนิวตริโนสเตอไรล์ได้
.
ทีมนักวิจัยยิงโปรตอนไปยังธาตุเบริลเลียมซึ่งจะให้กำเนิดนิวตริโนมิวออนขึ้นมา นิวตริโนกลุ่มนี้จะเคลื่อนที่ไปยังเครื่องตรวจจับที่อยู่ลึกลงไปใต้ดิน โดยที่ระหว่างทางส่วนหนึ่งจะเปลี่ยนไปเป็นนิวตริโนอิเล็กตรอนด้วยกระบวนการกวัดแกว่งของนิวตริโน
.
เครื่องตรวจจับดังกล่าวเป็นถังทรงกลมขนาดมหึมาบรรจุน้ำมันแบบ mineral oil เอาไว้ รอให้นิวตริโนอิเล็กตรอนพุ่งเข้ามาทำปฏิกิริยาแล้วเกิดเป็นแสงวาบขึ้นมา ด้วยข้อมูลจากการทดลองที่เก็บมานานร่วม 15 ปีทำให้ทีมนักวิจัยมั่นใจว่าพวกเขาตรวจจับนิวตริโนอิเล็กตรอนได้มากกว่าค่าที่คำนวณได้จากทฤษฎีมาตรฐานในปัจจุบัน นักวิจัยจึงสรุปได้ว่านิวตริโนมิวออนส่วนหนึ่งที่หายไป ได้กลายไปเป็นนิวตริโนสเตอไรล์ ก่อนที่จะแปลงกายเป็นนิวตริโนอิเล็กตรอน
.
ถ้าจริงก็นับเป็นเรื่องใหญ่เพราะ นิวตริโนสเตอไรล์ อาจเป็นกุญแจสำคัญสำหรับการไขปริศนาเรื่องสสารมืดของเอกภพ เพราะหากนิวตริโนชนิดใดก็ตามเกิดอันตรธานหายไป นั่นอาจหมายความว่ามันได้กลายไปเป็นนิวตริโนสเตอไรล์ และนั่นอาจเป็นส่วนหนึ่งของสสารมืดที่นักฟิสิกส์ตรวจจับมันได้ผ่านแรงโน้มถ่วงเท่านั้น
.
แต่งานวิจัยนี้ยังมีข้อกังขาอยู่มาก เนื่องจากเครื่องมือตรวจจับนิวตริโนอื่นๆบนโลกไม่สามารถยืนยันผลตามนี้ได้ ซ้ำร้ายนักวิทยาศาสตร์ทีมอื่นๆยังได้ผลลัพธ์ไม่ตรงกับที่ทีมวิจัยนี้ทดลองด้วย
ที่สำคัญทีมนักวิทยาศาสตร์คำนวณค่าความเชื่อมั่นได้ 4.8 ซิกมา จากเกณฑ์ที่ตั้งไว้ 5 ซิกมาที่หมายถึงการค้นพบใหม่
.
แต่ที่ร้ายแรงที่สุดคือหลักฐานชิ้นใหญ่ที่ถึงขั้นปฏิเสธการมีอยู่ของนิวตริโนสเตอไรล์ นั่นคือการศึกษารังสีไมโครเวฟพื้นหลัง(Cosmic microwave background)ซึ่งหลงเหลือมาจากบิ๊กแบง ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ยืนยันว่า ข้อมูลจากรังสีไมโครเวฟพื้นหลังนั้นไม่ได้บ่งชี้ถึงการมีอยู่ของนิวตริโนสเตอไรล์เลย นอกจากนี้ยังมีแนวคิดว่าการค้นพบของทีม MiniBooNE นั้นอาจได้รับอิทธิพลจากอนุภาคไพออน (pion) ซึ่งสามารถสลายตัวให้ได้เป็นโฟตอนได้
.
ตอนนี้เราคงจะต้องรอผลการทดลองอีกชุดหนึ่งจาก MicroBooNE ที่ใช้อาร์กอนเหลวแทนน้ำมัน ซึ่งสามารถแยกระหว่างอิเล็กตรอนกับโฟตอนได้อย่างชัดเจนซึ่งจะช่วยขจัดข้อสงสัยดังกล่าว
.
จะว่าไปก็เหมาะสมแล้วที่คณะนักวิจัยตัดสินใจตีพิมพ์การค้นพบนี้ออกมาเพื่อเปิดทางให้เกิดการอภิปรายขึ้นในแวดวงฟิสิกส์ ซึ่งจะทำให้การทดลองที่จะตามมาในชุดหลังๆมีความน่าเชื่อถือและรัดกุมมากขึ้นไปอีกในอนาคต

ที่มา สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน(องค์การมหาชน) SLRI

อ้างอิง
https://www.bbc.com/news/science-environment-44370751

.
ติดตามความรู้ทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ เพื่อการพัฒนาธุรกิจและคุณภาพชีวิต
อย่าลืม Subscribe Channel ของเรานะครับ ยังมีวิดีโอดีๆ อีกมากมายรออยู่

https://www.youtube.com/user/SLRIpr?sub_confirmation=1

สาระและวิทยาศาสตร์สนุกๆ จะปลุกความรู้ให้ชีวิต
______________________________

ติดต่อขอใช้บริการได้ที่ ซินโครตรอนไทยแลนด์ เซ็นทรัลแล็บ
Synchrotron Thailand Central Lab
โทร. 044-217040 ต่อ 1602-5
โดย สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน)
Synchrotron Light Research Institute (Public Organization)
www.slri.or.th
#ซินโครตรอนไทยแลนด์เซ็นทรัลแล็บ #สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน #SLRI