Monday, 1 June 2020

ทำไมจักรวาลถึงมีแต่สสาร

นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยซัสเซ็กซ์ได้ทำการตรวจวัดสมบัติของนิวตรอนซึ่งเป็นอนุภาคพื้นฐานในจักรวาลอย่างแม่นยำมากขึ้นกว่าเดิม การวิจัยของพวกเขาเป็นส่วนหนึ่งของการตรวจสอบว่าทำไมมีแต่สสารหลงเหลืออยู่ในจักรวาล โดยไม่สูญหายไปด้วยปฎิสสาร

ทีมห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (STFC) Rutherford Appleton Laboratory ในสหราชอาณาจักร, Paul Scherrer Institute (PSI) ในสวิตเซอร์แลนด์และสถาบันอื่น ๆทำการตวจสอบว่านิวตรอนทำหน้าที่เหมือน “electric compass” หรือไม่ เราเชื่อว่านิวตรอนมีรูปร่างไม่สมมาตรเล็กน้อยมีลักษณะเป็นบวกเล็กน้อยที่ปลายด้านหนึ่งและปลายอีกด้านเป็นลบเล็กน้อย คล้ายกับไฟฟ้าของแท่งแม่เหล็ก ที่เรียกว่า “electric dipole moment” (EDM) และเป็นสิ่งที่ทีมกำลังมองหา

นี่เป็นปริศนาชิ้นสำคัญในปริศนาที่ว่าทำไมสสารยังอยู่ในจักรวาลเพราะทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสาเหตุที่เหลืออยู่ก็ทำนายว่านิวตรอนมีคุณสมบัติ “electric compass” ไม่มากก็น้อย การวัดค่าดังกล่าวจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้ใกล้ชิดกับความจริงว่าทำไมสสารจึงหลงเหลืออยู่


ในรายงานผลในวันศุกร์ที่ 28 กุมภาพันธ์ 2563 ในวารสาร Physical Review Letters ทีมนักฟิสิกส์พบว่านิวตรอนมีค่า EDM ขนาดเล็กกว่าที่คาดการณ์ไว้โดยทฤษฎีต่าง ๆอย่างมีนัยสำคัญ สิ่งนี้ทำให้ทฤษฎีเกี่ยวกับสาเหตุที่สสารยังคงอยู่ในจักรวาลมีโอกาสน้อยที่จะถูกต้อง ดังนั้นพวกเขาจึงต้องเปลี่ยนแปลงทฤษฎีใหม่ สอดคล้องกับรายงานที่ผ่านมาในช่วงหลายปีนี้ว่าการวัด EDM เหล่านี้อาจพิสูจน์ทฤษฎีว่าไม่ถูกต้องมากกว่าการทดลองอื่น ๆ ในประวัติศาสตร์ของฟิสิกส์เลยทีเดียว

ศาสตราจารย์ฟิลิปแฮร์ริสหัวหน้าคณะวิชาคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์กายภาพและผู้นำกลุ่ม EDM ที่มหาวิทยาลัยซัสเซ็กซ์กล่าวว่า

“ หลังจากใช้เวลานานกว่าสองทศวรรษในการทำงานของนักวิจัยที่มหาวิทยาลัย Sussex และที่อื่น ๆ เราได้คำตอบจากการทดลองที่ออกแบบมาเพื่อจัดการกับปัญหาที่ลึกซึ้งที่สุดในจักรวาลวิทยาในช่วงห้าสิบปีที่ผ่านมาแล้ว คำถามที่ว่า ทำไมจักรวาลมีสสารมากกว่าปฏิสสารและทำไมปฏิสสารถึงไม่ทำลายสสารทั้งหมด ทำไมถึงมีสสารหลงเหลืออยู่?

“ คำตอบนั้นเกี่ยวข้องกับความไม่สมมาตรของโครงสร้างที่ปรากฏในอนุภาคพื้นฐานเช่นนิวตรอน นี่คือสิ่งที่เรากำลังมองหา เราพบว่า “electric dipole moment” นั้นเล็กกว่าที่เคยคิดไว้ก่อนหน้านี้ สิ่งนี้ช่วยให้เราแยกแยะทฤษฎีเกี่ยวกับสาเหตุที่เหลือได้ เพราะทฤษฎีที่กำหนดทั้งสองสิ่งนั้นเชื่อมโยงกัน

“เราได้สร้างมาตรฐานสากลใหม่สำหรับความไวของการทดลองเช่นนี้ สิ่งที่เรากำลังค้นหาในนิวตรอน ความไม่สมมาตรซึ่งแสดงให้เห็นว่ามันเป็นบวกที่ปลายด้านหนึ่งและด้านลบอีกด้าน มีขนาดเล็กอย่างไม่น่าเชื่อ การทดลองของเราสามารถวัดได้ในระดับละเอียดเช่นนี้ และหากเราปรับขนาดความไม่สมมาตรจนมีขนาดเท่ากับขนาดของฟุตบอล ในสเกลเดียวกันจะได้ปริมาณที่เท่ากับจักรวาลที่เรามองเห็น”

การทดลองนี้เป็นการอัพเกรดเครื่องมือที่ออกแบบโดยนักวิจัยที่มหาวิทยาลัย Sussex และ Rutherford Appleton Laboratory (RAL) ซึ่งมีสถิติความไวของอุปกรณ์ของโลกอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ปี 1999 จนถึงปัจจุบัน

Dr Maurits van der Grinten จากกลุ่มนิวตรอน EDM ที่ Rutherford Appleton Laboratory (RAL) กล่าวว่า

“ การทดลองผสมผสานเทคโนโลยีล้ำสมัยหลายอย่างที่ต้องทำงานพร้อมกัน เราดีใจที่อุปกรณ์เทคโนโลยีและความเชี่ยวชาญที่พัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์จาก RAL ผลักดันขีดจำกัดการวัดของพารามิเตอร์ที่สำคัญนี้”

Dr Clark Griffith อาจารย์วิชาฟิสิกส์จากโรงเรียนคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์กายภาพที่มหาวิทยาลัยซัสเซ็กซ์กล่าวว่า

“การทดลองครั้งนี้เป็นการรวมเอาเทคนิคต่าง ๆ จากฟิสิกส์นิวเคลียร์ปรมาณูและพลังงานต่ำมาใช้ รวมถึงแม่เหล็กออพติคอลที่ใช้เลเซอร์และการปั่นควอนตัม ด้วยการใช้เครื่องมือหลากหลายสาขาเหล่านี้ในการวัดคุณสมบัติของนิวตรอนอย่างแม่นยำ เราสามารถตรวจสอบคำถามที่เกี่ยวข้องกับฟิสกส์ของอนุภาคพลังงานสูงและธรรมชาติพื้นฐานของสมมาตรที่เป็นรากฐานของจักรวาล

อ่านต่อ https://www.sussex.ac.uk/news/research?id=51442