ปฏิสสารสามารถเข้าถึงโลกได้: สิ่งที่เปลี่ยนแปลงการทดลองบุกเบิกของนักวิทยาศาสตร์

อนุภาคสามารถเดินทางผ่านกาแลคซีได้โดยไม่เป็นอันตรายและไม่ถูกทำลายจากฝุ่นและรังสีระหว่างดวงดาวหรือไม่?

- ฟังดูน่าเหลือเชื่อ แต่นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งเชื่อว่าสิ่งนี้ค่อนข้างเป็นไปได้ ต้องขอบคุณอนุภาคของปฏิสสารและสสารมืด

ปฏิสสารคืออะไร?

ปฏิสสารเหมือนกับสามัญ (แบริโอนิก)ยกเว้นว่ามีประจุไฟฟ้าตรงกันข้าม ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอนที่มีประจุลบมี "คู่หู" ของปฏิสสารที่เรียกว่าโพซิตรอน โพซิตรอนคืออนุภาคที่มีมวลเท่ากับอิเล็กตรอน แต่มีประจุบวก อนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้า เช่น นิวตรอน มักจะเป็น "หุ้นส่วนในตัวเอง" ของปฏิสสาร

นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างอนุภาคปฏิสสารโดยใช้ความเร็วการชนสูงเป็นพิเศษที่ LHC ในการทดลองหลายครั้งที่ CERN นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างสารต่อต้านไฮโดรเจน ซึ่งเป็น "คู่หู" ของไฮโดรเจน องค์ประกอบที่ซับซ้อนที่สุดของปฏิสสารที่ได้รับจนถึงปัจจุบันคือแอนติฮีเลียม ซึ่งเป็นอะนาล็อกของฮีเลียม

แนวคิดของศิลปินเกี่ยวกับปฏิสสาร รูปถ่าย: เซิร์น

แม้ว่าสิ่งนี้อาจฟังดูเหมือนมาจากวิทยาศาสตร์นิยายปฏิสสารมีจริง ปฏิสสารปรากฏขึ้นพร้อมกับสสารหลังบิกแบง แต่มันหาได้ยากในเอกภพสมัยใหม่ และนักวิทยาศาสตร์ไม่รู้ว่าทำไม

อนุภาคปฏิสสารข้ามกาแล็กซีได้อย่างไร

ในเอกภพ ปฏิสสารคือพลังที่เข้าใจยากและไม่อาจคาดเดาได้: มันจะทำลายล้างเมื่อมันพบกับสสารธรรมดา ทำให้เกิดเป็นอุปสรรคของจักรวาลในการทำลายล้าง แต่ในการทดลองที่ก้าวล้ำเมื่อเร็วๆ นี้ที่โรงงาน Particle Collider นักวิทยาศาสตร์ได้ตระหนักว่าแอนตินิวเคลียสบางชนิดสามารถอยู่รอดในการเดินทางระหว่างดวงดาวได้โดยไม่ตาย

สันนิษฐานว่าเกิดขึ้นจากผลการชนกันระหว่างรังสีคอสมิกพลังงานสูงกับอะตอมที่ "ลอย" ในอวกาศ ตลอดจนการชนกันของอนุภาคสสารมืด (ก่อนหน้านี้ Hi-Tech บอกอย่างละเอียดว่ามันคืออะไร)

หากเศษเล็กเศษน้อยเหล่านี้สามารถอยู่รอดได้การเดินทางที่ไม่ธรรมดาดังกล่าวจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจธรรมชาติของสสารลึกลับที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ในกาแลคซีของเรา นั่นคือสสารมืด

การทดลองเป็นอย่างไร?

นักวิทยาศาสตร์ใช้ข้อมูลจาก Large HadronCollider เพื่อค้นหาว่าแอนตินิวเคลียสที่สร้างขึ้นในอวกาศสามารถเข้าถึงเครื่องตรวจจับในบริเวณใกล้เคียงกับโลกได้อย่างปลอดภัยหรือไม่ เพื่อทดสอบทฤษฎี นักฟิสิกส์ได้ทำการทดลองที่ห้องปฏิบัติการ CERN ในประเทศสวิสเซอร์แลนด์ นักวิจัยพยายามที่จะวัดสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นไปไม่ได้: ผลที่ตามมาของการทำลายนิวเคลียสของสารต่อต้านฮีเลียม

ส่วนหนึ่งของการทดลอง BASE ที่ CERN ซึ่งมีการผลิตและจัดเก็บปฏิสสารในห้องปฏิบัติการ รูปถ่าย: เซิร์น

พวกเขาใช้เครื่องตรวจจับ ALICE อย่างระมัดระวังคำนวณการชนกันของโปรตอนพลังงานสูงกับอะตอม ซึ่งควรจะสร้างนิวเคลียสของฮีเลียมและแอนติฮีเลียมในจำนวนที่เท่ากัน จากการคาดเดาจำนวนแอนตินิวเคลียสที่ทำลายล้างบนวัสดุที่ประกอบขึ้นจากตัวตรวจจับบางชนิด เช่น เหล็ก คาร์บอน และอื่นๆ นักวิทยาศาสตร์ก็ชี้ชัดว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่ออนุภาคเหล่านี้สัมผัสกับสสารธรรมดา

การค้นพบนี้จะช่วยตอบคำถามที่มีมาอย่างยาวนานเกี่ยวกับธรรมชาติของปฏิสสารและบทบาทของมันในเอกภพ

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบอะไร?

การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์พบว่า"ความน่าจะเป็นของการหายไป" ของอนุภาคปฏิสสารนั้นน้อยมากอย่างน่าประหลาดใจ พวกเขาพบว่าแม้หลังจากเดินทางเป็นระยะทางไกลผ่านอวกาศระหว่างดวงดาว แอนตินิวเคลียสมากถึง 50% ที่สร้างขึ้นโดยสสารมืดจะยังคงไม่เสียหายเมื่อเข้าใกล้โลก

นักฟิสิกส์ยังพบว่าแอนตินิวเคลียสสร้างขึ้นรังสีคอสมิกมีพลังงานสูงกว่ารังสีคอสมิกที่เกิดจากสสารมืด ท้ายที่สุดแล้ว มีเพียงแอนตินิวเคลียสพลังงานสูงเท่านั้นที่สามารถเข้าถึงโลกได้ในปริมาณมาก การศึกษาอีกชิ้นหนึ่งแสดงให้เห็นว่าเครื่องตรวจจับมาตรฐานสามารถตรวจจับสสารมืดด้วยอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนที่น่าประทับใจได้อย่างไร หากสร้างจากแหล่งกำเนิดทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์

ทำไมสิ่งนี้จึงสำคัญ

ตามที่นักฟิสิกส์ทั่วโลกเข้าใจต้นกำเนิดลึกลับของสสารมืดเป็นกุญแจสำคัญของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ นอกจากนี้ ผู้เขียนงานวิจัยชิ้นใหม่กล่าวว่าการศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับการก่อตัวของแอนตินิวเคลียสนั้นมีค่ามากสำหรับความเข้าใจที่ดีขึ้นและคำจำกัดความของทฤษฎีเกี่ยวกับสสารมืดในภายหลัง

การทดลองใหม่ได้รับการเรียกว่าแหวกแนวการวิจัยที่ช่วยตอบคำถามที่สำคัญที่สุดข้อหนึ่งในวิทยาศาสตร์สมัยใหม่: มีอนุภาคปฏิสสารอยู่หรือไม่? ไม่นานมานี้ บนสถานีอวกาศนานาชาติ เครื่องตรวจจับที่เรียกว่า Alpha Magnetic Spectrometer ได้ตรวจพบลายเซ็นต่อต้านนิวเคลียร์ที่เป็นไปได้แล้ว คำตอบจึงอยู่ใกล้แค่เอื้อม

อ่านเพิ่มเติม:

วิทยาศาสตร์มีอยู่ในสภาวะที่รุนแรงหรือไม่? เราตอบเป็นตัวเลข

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าใครได้ประโยชน์จากการตายของไดโนเสาร์

ดูรูปถ่ายของโลกจากอวกาศ: สร้างขึ้นโดยโมดูลส่วนตัวชุดแรก

ภาพหน้าปก: Jingchuan Yu ท้องฟ้าจำลองปักกิ่ง