กลุ่มวิจัยจาก “เซิร์น” ประกาศดักจับ “ปฏิสสาร” จากอะตอมไฮโดรเจนได้นานกว่า 16 นาที ซึ่งเป็นระยะเวลาอันยาวนานในโลกของฟิสิกส์อนุภาค ตั้งเป้าดักจับ “แอนตีอะตอม” ให้มากขึ้นและนานขึ้น เพื่อผลการวัดที่แม่นยำขึ้น และจะได้ศึกษาคุณสมบัติทางฟิสิกส์ว่าแตกต่างจากสสารปกติหรือไม่
การดักจับอะตอม “แอนตีไฮโดรเจน” (antihydrogen) ซึ่งเป็นปฏิสสาร (antimatter) ชนิดหนึ่ง กลายเป็นงานประจำซ้ำซากของนักฟิสิกส์ ที่ห้องปฏิบัติการองค์กรความร่วมมือวิจัยนิวเคลียร์ยุโรป (European Organization for Nuclear Research) หรือเซิร์น (CERN) และการทดลองล่าสุดทำให้พวกเขามั่นใจว่า จะเริ่มต้นการทดลองปฏิสสารจากอะตอมไฮโดรเจนได้เร็วๆ นี้ และ PhysOrg ได้รายงานเรื่องนี้โดยอ้างอิงข้อมูลแหล่งข่าวจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียในเบิร์กเลย์ (University of California, Berkeley) หรือยูซีเบิร์กเลย์
“เราดักจับอะตอมแอนตีไฮโดรเจนได้ยาวนานถึง 1,000 วินาที ซึ่งในโลกของฟิสิกส์อนุภาคพลังงานสูงแล้ว เป็นระยะเวลาที่ยาวนานชั่วนิรันดร์” โจเอล ฟาจานส์ (Joel Fajans) ศาสตราจารย์ฟิสิกส์ยูซีเบิร์กเลย์ประจำห้องปฏิบัติการลอว์เรนซ์ เบิร์กเลย์ สหรัฐฯ (Lawrence Berkeley National Laboratory) กล่าว และเขายังเป็นสมาชิกห้องปฏิบัติการทดลองอัลฟา (ALPHA: Antihydrogen Laser Physics Apparatus) ซึ่งเป็นกลุ่มศึกษาแอนตีไฮโดรเจนของเซิร์นด้วย
ฟาจานส์กล่าวว่า ทีมอัลฟามุ่งมั่นกับการสร้างเครื่องดักจับแอนตีไฮโดรเจนแบบใหม่ และคาดหวังว่าพวกเขาจะมีเครื่องมือใหม่ที่ใช้เลเซอร์วิเคราะห์สเปกตรัมเพื่อศึกษาแอนตีอะตอม (antiatom) ให้ได้ก่อนปี 2012 ซึ่งเขาและโจนาธาน เวอร์เทเล (Jonathan Wurtele) ศาสตราจารย์ฟิสิกส์จากยูซีเบิร์กเลย์ เพื่อนร่วมทีมของเขาได้ตีพิมพ์งานวิจัยล่าสุดนี้ลงวารสารเนเจอร์ ฟิสิกส์ (Nature Physics) โดยทั้งคู่มีบทบาทหลักในการออกแบบเครื่องมือดักจับปฏิสสารและรูปแบบการทดลองอื่นๆ
ในรายงานการวิจัยของพวกเขาระบุว่า จากการทดลองวัดหลายๆ ครั้งเมื่อปีที่ผ่านมา ทีมวิจัยพบว่าได้ดักจับแอตีอะตอม 112 ครั้ง โดยมีระยะเวลาตั้งแต่ 1 ใน 5 วินาที ไปจนถึงนาน 1,000 วินาที หรือคิดเป็นระยะเวลา 16 นาที 40 วินาที และนับแต่การทดลองดักจับแอนตีไฮโดรเจนสำเร็จเป็นครั้งแรกเมื่อปี 2009 ทีมวิจัยสามารถดักจับแอนตีอะตอมแล้ว 309 ครั้ง
เมื่อเดือน พ.ย.2010 ฟาจานส์ พร้อมด้วยเวอร์เทเล และทีมอัลฟารายงานข้อมูลการดักจับแอนตีไฮโดรเจนเป็นครั้งแรก โดยดักจับแอนตีอะตอมได้ 38 ตัว ซึ่งแต่ละตัวคงอยู่ได้นานมากกว่า 1 ใน 10 วินาที อย่างไรก็ดี พวกเขาประสบความสำเร็จในการดักจับแอนตีไฮโดรเจนเพียง 1 ใน 10 ของการทดลองทั้งหมด
เมื่อผ่านมาถึงการทดลองปลายปีที่แล้วพวกเขาสามารถดักจับแอนตีอะตอมได้เกือบทุกครั้ง และยังสามารถกักเก็บอะตอมให้ยาวนานเท่าที่พวกเขาต้องการได้ ซึ่งโดยความเป็นจริงการดักจับแอนตีอะตอมได้นาน 10-30 นาที ก็ถือว่ามีประสิทธิภาพมากสำหรับการทดลองส่วนใหญ่ ตราบเท่าที่แอนตีอะตอมถูกกักเก็บไว้ในสถานะพลังงานต่ำสุดหรือที่สถานะพื้น (ground state)
ทั้งนี้ ปฏิสสารยังคงเป็นปริศนา เพราะปฏิสสารควรจะถูกสร้างขึ้นมาเท่าๆ กับสสารทั่วไประหว่างระเบิดบิกแบง (Big Bang) ซึ่งสร้างเอกภพขึ้นมาเมื่อ 1.36 หมื่นล้านปีก่อน แต่จนถึงทุกวันนี้ ยังไม่มีหลักฐานของกาแลกซีที่สร้างขึ้นจากปฏิสารหรือเมฆหมอกปฏิสสารให้เห็น และเราก็สังเกตปฏิสสารได้ยากลำบาก อีกทั้งยังสังเกตได้ในช่วงเวลาสั้นๆ เพราะปฏิสสารบางตัวสลายตัวไปก่อนที่จะได้ทำลายล้างเมื่อปะทะกับสสารปกติเสียอีก
ดังนั้น เราจึงต้องคุณสมบัติของปฏิสสารเพื่อดูว่า อันตรกริยาหรือการกระทำต่อกันในทางแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วงของปฏิสสารนั้นเหมือนกับสสารปกติหรือไม่ โดยหนึ่งในเป้าหมายของการศึกษาคือการตรวจสอบว่าแอนตีอะตอมหรือปฏิสสารเป็นไปตามสมมาตรซีพีที (CPT symmetry) เหมือนอะตอมปกติ
ทั้งนี้ ตามสมมาตรซีพีที (ซึ่งเป็นตัวย่อมาจาก “ประจุ” (charge) “การเป็นคู่หรือคี่” (parity) และ “เวลา” (time) นั้น) อนุภาคปกติและอนุภาคคู่ตรงข้ามในเอกภพคู่ขนาน (mirror universe) ซึ่งมีประจุตรงข้ามและมีแกนเวลากลับด้านกัน จะประพฤติตัวเหมือนกัน
"ทุกร่องรอยที่แสดงถึงการฝืนสมมาตรซีพีที จะทำให้เราต้องหวนกลับมาทบทวนความเข้าใจธรรมชาติกันใหม่ แต่กว่าจะถึงตอนนั้นเอกภพก็คงหายไปกว่าครึ่งแล้ว"เจฟฟรีย์ แฮงสต์ (Jeffrey Hangst) จากมหาวิทยาลัยออฮุส (Aarhus University) ในเดนมาร์ก และเป็นโฆษกกลุ่มทดลองอัลฟาให้ความเห็น
ทีมอัลฟาได้ดักจับแอนตีไฮโดรเจนด้วยการผสมแอนตีโปรตอนจากเครื่องชะลอความเร็วแอนตีโปรตอน (Antiproton Decelerator) ของเซิร์น เข้ากับโพสิตรอน (positron) ซึ่งเป็นแอนตีอิเล็กตรอน (antielectron) ในห้องสุญญากาศ ซึ่งแอนตีโปรตอนและโพสิตรอนจะรวมกันกลายเป็นอะตอมแอนตีไฮโดรเจน โดยไฮโดรเจนเย็นที่อยู่ในสภาพเป็นกลางนี้จะถูกจำกัดอยู่ภายในขวดสนามแม่เหล็ก (magnetic bottle) ด้วยการใช้ประโยชน์จากโมเมนต์แม่เหล็ก (magnetic moment) ขนาดเล็กของแอนตีอะตอม
เราตรวจวัดแอนตีอะตอมที่ถูกดักจับได้จากการปิดสนามแม่เหล็ก แล้วปล่อยให้อนุภาคของปฏิสสารเข้าทำลายล้างสสารปกติ ซึ่งจะทำให้เกิดแสงวาบชั่วขณะ เพราะการกักเก็บแอนตีอะตอมนี้ขึ้นอยู่กับโมเมนต์แม่เหล็กของแอนตีไฮโดรเจน หากสปิน (spin) ของแอนตีอะตอมกลับด้าน แอนตีอะตอมที่ถูกกักเก็บก็จะถูกดีดออกจากขวดสนามแม่เหล็ก และเข้าทำลายล้างกับอะตอมสสารปกติ
หลักการดังกล่าวช่วยให้ผู้ทดลองมีวิธีง่ายๆ ที่จะตรวจวัดการกระทำระหว่างกันหรืออันตรกริยาของแสงหรือไมโครเวฟโดยใช้แอนตีไฮโดรเจน เนื่องจากเมื่อโฟตอน (photon) มีความถี่เหมาะสม จะทำให้สปินของแอนตีอะตอมกลับขึ้นหรือลงได้
แม้ว่าทีมวิจัยจะดักจับแอนตีไฮโดรเจนได้ครั้งละสูงสุดถึง 3 ตัว แต่เป้าหมายของพวกเขานั้นยังต้องดักจับแอนตีอะตอมจำนวนมากขึ้นในเวลาที่นานขึ้น เพื่อได้การวัดที่มีความแม่นยำมากขึ้นในเชิงสถิติ นอกจากนี้พวกเขายังได้วัดการกระจายพลังงานของแอนตีไฮโดรเจนที่ถูกดักจับ และจะเผยแพร่งานวิจัยดังกล่าวลงวารสารเนเจอร์ฟิสิกส์ด้วยเช่นกัน
“อาจจะฟังดูไม่น่าตื่นเต้นเท่าไร แต่นี่ก็เป็นการทดลองแรกในการดักจับอะตอมแอนตีไฮโดรเจน และหน้าร้อน (ของเขตอบอุ่น) นี้ เราวางแผนที่จะทำการทดลองให้มากขึ้นโดยใช้คลื่นไมโครเวฟ ซึ่งเราหวังว่าจะวัดการเปลี่ยนแปลงสถานะอะตอมของแอนตีอะตอมที่เหนี่ยวนำด้วยคลื่นไมโครเวฟได้” เวอร์เทเลกล่าว
