“อนุภาคผี” ถูกสร้างขึ้นบนโลก: อะไรเป็นที่รู้จักเกี่ยวกับอนุภาคเหล่านี้ และเหตุใดจึงมีความสำคัญ

เป็นครั้งแรกที่นักฟิสิกส์ได้สร้างและค้นพบ "อนุภาคผี" พลังงานสูงภายในอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลก

เครื่องเร่งอะตอมมิก ข้อมูลที่ได้รับอาจช่วยเปิดเผยความลับของการที่ดาวฤกษ์กลายเป็นซุปเปอร์โนวาได้อย่างไร 

นิวตริโนคืออะไร?

ชื่อนิวทริโนสอดคล้องกับคำนี้“เป็นกลาง” ด้วยเหตุผล พวกมันมีประจุไฟฟ้าเป็นศูนย์และมีมวลเกือบเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าพวกมันแทบจะไม่มีปฏิสัมพันธ์กับสสารประเภทอื่นเลย นิวตริโนถูกเรียกว่าอนุภาคผีด้วยเหตุผลบางประการ พวกมัน "บิน" ผ่านสสารธรรมดาด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสงโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง ทุก ๆ วินาที นิวตริโนประมาณ 100 พันล้านนิวตริโนเคลื่อนผ่านทุกตารางเซนติเมตรของร่างกายมนุษย์

นิวตริโนมาจากไหน?

นิวตริโนเป็นผู้พเนจรในอวกาศบางส่วนเกิดขึ้นจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ในดวงอาทิตย์ เมื่ออะตอมหลอมรวมลึกเข้าไปในดาวฤกษ์ พวกมันปล่อยนิวทริโนซึ่งบินออกไปจากดาวฤกษ์ภายในเวลาไม่กี่วินาที อนุภาคผีบางชนิดมาจากการแยกตัวของนิวเคลียร์บนโลก เช่น ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริการะบุว่าแม้แต่โพแทสเซียมที่เน่าเปื่อยในกล้วยก็ยังสามารถปล่อยนิวตริโนออกมาได้

นิวตริโนถูกค้นพบครั้งแรกขณะออกจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในปี พ.ศ. 2499 รองจากโฟตอน พวกมันถือเป็นอนุภาคย่อยของอะตอมที่มีมากที่สุดในจักรวาล

นิวตริโนสองตัว ภาพถ่ายเมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2502 NARA & แฟ้มโดเมนสาธารณะ DVIDS — รับเอกสารสำคัญ

แต่ถึงแม้จะมีอยู่ทุกหนทุกแห่งปฏิสัมพันธ์ที่น้อยที่สุดของอนุภาคไร้ประจุและเกือบไม่มีมวลกับสสารอื่นทำให้ตรวจจับได้ยากอย่างไม่น่าเชื่อ เพื่อจับพวกมัน นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรกำลังสร้างเครื่องตรวจจับนิวตริโนทั่วโลก ที่มีชื่อเสียงที่สุดคือหอดูดาว IceCube Neutrino ซึ่งตั้งอยู่ที่ขั้วโลกใต้

การปรากฎตัวของนิวตริโนที่เป็นเอกลักษณ์ได้รับการอธิบายหลังจากผ่านไปเกือบ 10 ปี: เหตุใดจึงมีความสำคัญมาก

และการทดลองตรวจจับนิวตริโนที่มีชื่อเสียงอื่นๆ เช่น เครื่องตรวจจับซูเปอร์คามิโอแคนเดะของญี่ปุ่น MiniBooNE ของ Fermilab ตรวจพบนิวตริโนที่เกิดจากรังสีดวงอาทิตย์

นิวตริโนที่ "สำคัญ" ที่สุด

ที่สำคัญที่สุด นักวิทยาศาสตร์รู้สึกทึ่งกับนิวตริโนที่อยู่ในระดับสูงพลังงาน พวกมันเกิดขึ้นเมื่อดาวฤกษ์รวมตัวกัน ซูเปอร์โนวาถือกำเนิด และเมื่ออนุภาคจากห้วงอวกาศชนเข้ากับชั้นบรรยากาศโลก จนถึงขณะนี้ยังคงเป็นปริศนาสำหรับนักวิทยาศาสตร์

ขณะนี้นักฟิสิกส์ได้ค้นพบการใช้นิวตริโนแล้วเครื่องตรวจจับ FASER ที่เครื่องชนอนุภาคขนาดใหญ่ (LHC) ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลก ตั้งอยู่ที่องค์การเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN) ใกล้กรุงเจนีวา ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ การประชุมที่เมืองลาทูยลา ประเทศอิตาลี “เราค้นพบนิวตริโนจากแหล่งกำเนิดใหม่เอี่ยม นั่นคือเครื่องชนอนุภาค โดยที่ลำอนุภาคสองลำชนกันด้วยพลังงานที่สูงมาก” Jonathan Feng นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เออร์ไวน์ และประธานร่วมของ FASER Collaboration กล่าว

การทดลองฟาเซอร์

การทดลองค้นหาไปข้างหน้า (FASER) - เครื่องตรวจจับอนุภาคที่ออกแบบและสร้างโดยทีมนักฟิสิกส์นานาชาติจาก CERN แม้ว่าเครื่องตรวจจับอนุภาคที่ CERN จะมีชื่อเสียงในด้านความสูงหลายชั้นและหนักหลายพันตัน FASER ก็เป็นข้อยกเว้น

FASER มีน้ำหนักประมาณหนึ่งตันและมีขนาดที่เล็กพอดีอุโมงค์ด้านข้างของ CERN ที่น่าสนใจคือ อุโมงค์นี้ได้รับการพัฒนาภายในเวลาเพียงไม่กี่ปี และใช้ชิ้นส่วนอะไหล่จากการทดลองอื่นๆ ที่ดำเนินการในโรงงานแห่งนี้

ฟาเซอร์

เมื่อวันอาทิตย์ที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ของทีม FASER ได้ประกาศในการประชุมที่อิตาลีว่าพวกเขาตรวจพบนิวตริโนได้สำเร็จ หลังจากที่ลำแสงพลังงานสูงมากสองลำชนกันภายใน LHC

นอกจากนิวตริโนแล้ว โครงการ FASER ยังมีเป้าหมายที่จะสสารมืด สสารมืดซึ่งเชื่อกันว่ามีอยู่ในสสารส่วนใหญ่ในจักรวาลไม่เคยถูกตรวจพบมาก่อน เช่นเดียวกับนิวทริโน FASER อาจเป็นการทดลองครั้งแรกที่ช่วยตรวจจับสสารมืดเมื่ออยู่ใน CERN จะเริ่มการชนกันของอนุภาครอบใหม่ในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า

นักฟิสิกส์ทำเช่นนี้ได้อย่างไร?

เพื่อจับ "ผีใต้อะตอม" นักฟิสิกส์สร้างกับดักการตรวจจับอนุภาค: แผ่นโลหะหนาแน่นที่ประกอบด้วยตะกั่วและทังสเตน ประกบด้วยอิมัลชันตรวจจับแสงหลายชั้น เมื่อลำแสงโปรตอนอันทรงพลังชนกันภายใน LHC พวกมันจะสร้างกระแสของอนุภาคด้านข้าง ซึ่งสัดส่วนเล็กน้อยคือนิวตริโน พวกมันชนเข้ากับนิวเคลียสของอะตอมในแผ่นโลหะหนาแน่นและสลายตัวเป็นอนุภาคอื่น ชั้นอิมัลชันทำงานในลักษณะเดียวกับฟิล์มถ่ายภาพสมัยเก่า โดยทำปฏิกิริยากับผลพลอยได้ของนิวตริโน โดยจะพิมพ์โครงร่างของอนุภาคที่ตรวจสอบย้อนกลับได้ขณะที่นิวตริโนเคลื่อนตัวผ่านพวกมัน

ทำงานกับอิมัลชันที่มีลักษณะคล้ายฟิล์มนี้และจากการวิเคราะห์ร่องรอยของอนุภาค นักฟิสิกส์พบว่าเครื่องหมายบางส่วนเป็นผลมาจากการพุ่งของอนุภาคที่สร้างขึ้นโดยนิวตริโนขณะที่พวกมันเคลื่อนผ่านแผ่นเปลือกโลก นักวิทยาศาสตร์ได้ระบุด้วยว่าอนุภาคนิวตริโนมี “รสชาติ” ใดในสามชนิดที่พวกเขาค้นพบ ได้แก่ เทา มิวออน หรืออิเล็กตรอน

พบนิวตริโนหกตัวในสนามการทดลอง ถูกระบุครั้งแรกในปี 2021  นักฟิสิกส์ใช้เวลาสองปีในการรวบรวมข้อมูลให้เพียงพอเพื่อยืนยันว่าเป็นพวกเขา ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะพบนิวตริโนอีกจำนวนมากและวางแผนที่จะใช้พวกมันเพื่อศึกษาสภาพแวดล้อมทั่วจักรวาลซึ่งมีอนุภาคผีพลังงานสูงก่อตัวขึ้น

ทำไมมันถึงสำคัญมาก?

“นิวทริโนพลังงานสูงมากใน LHC เหล่านี้มีความสำคัญเพื่อทำความเข้าใจการสังเกตที่น่าตื่นเต้นอย่างแท้จริงในฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของอนุภาค” Jamie Boyd นักฟิสิกส์ของ CERN และประธานร่วมของ FASER ด้วยการค้นพบใหม่ นักฟิสิกส์หวังว่าจะอธิบายว่าดวงดาวเผาไหม้และระเบิดได้อย่างไร ปฏิกิริยาระหว่างนิวตริโนพลังงานสูงทำให้เกิดอนุภาคอื่นๆ ในอวกาศได้อย่างไร

อ่านเพิ่มเติม:

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ารูปร่างของเอกภพไม่ได้เป็นอย่างที่ทุกคนคิด

เฮลิคอปเตอร์ของ NASA แสดงพระอาทิตย์ตกบนดาวอังคาร ดูไม่เหมือนดิน

ชื่อพืชที่มีสารสกัดช่วยลดน้ำหนักโดยไม่มีผลข้างเคียง