ท้าทฤษฎี “ไอน์สไตน์” ผลทดลองที่ “เซิร์น” พบนิวทริโนไวกว่าแสง

ผลการทดลองนี้ยังไม่ได้รับการยืนยันว่า “นิวทริโน” เร็วกว่าแสงจริงหรือไม่ แต่หากพิสูจน์ได้ว่าการทดลองของทีมวิจัยยุโรปที่ “เซิร์น” ไม่ผิดพลาด ย่อมส่งผลสะเทือนถึงวงการฟิสิกส์และทฤษฎีของไอน์สไตน์ ซึ่งสิ่งที่ทีมวิจัยต้องการมากในตอนนี้คือการทดลองจากแล็บที่จะช่วยรับรองหรือคว่ำผลการศึกษาล่าสุดของพวกเขา

ทีมวิจัยจากยุโรปได้จับเวลาการเดินทางของอนุภาค “นิวทริโน” (neutrino) จากกรุงเจนีวา สวิตเซอร์แลนด์ไปยังอิตาลี แล้วพบว่าอนุภาคที่แทบจะไม่มีมวลนี้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่า 186,282 ไมล์ หรือ 299,792 กิโลเมตร ต่อวินาที ซึ่งเป็นความเร็วที่ยอมรับกันว่าเป็นขีดจำกัดความเร็วของจักรวาล (cosmic speed limit) โดยทางเอพีรายงานว่าการอ้างผลการทดลองได้เผชิญกับข้อกังหาโดยมีนักฟิสิกส์ที่ออกมาเปรียบเทียบการอ้างผลการทดลองว่าเหมือนการป่าวประกาศว่ามีพรมวิเศษ แต่ทางทีมวิจัยเองก็ไม่ได้แถลงผลการทดลองอย่างเป็นทางการ ขณะเดียวกันก็เรียกร้องให้นักฟิสิกส์คนอื่นๆ ที่ไม่มีส่วนได้ส่วนเสียร่วมกันออกมาพิสูจน์งานวิจัยนี้

“เราได้พยายามหาคำอธิบายที่เป็นไปได้ทั้งหมดแล้วสำหรับการทดลองครั้งนี้ เราอยากจะหาข้อผิดพลาด ความคลาดเคลื่อนเล็กๆ น้อยๆ ความคลาดเคลื่อนที่ซับซ้อน หรือผลกระทบที่ยากจะแก้ไข และเราก็ไม่พบ เมื่อคุณหาข้อผิดลพาดใดๆ ไม่เจอแล้ว ก็ได้เวลาที่คุณจะพูดว่า เอาล่ะ ฉันต้องฝืนใจออกไปข้างนอก และร้องขอสังคมให้ช่วยตรวจสอบสิ่งนี้” ดร.แอนโทนิโอ อีเรดิทาโต (Antonio Ereditato) จากมหาวิทยาลัยเบิร์น (University of Bern) สวิตเซอร์แลนด์ และกลุ่มศึกษานิวทริโนโอเปรา (the Opera collaboration) ผู้เขียนรายงานการค้นพบล่าสุดนี้ให้ความเห็นแก่ทางบีบีซีนิวส์

“ความรู้สึกที่คนส่วนใหญ่มีคือ ผลการทดลองนี้ไม่ถูกต้อง ผลการทดลองนี้ไม่น่าจะเป็นจริง” ความเห็นของ เจมส์ กิลลีส์ (James Gillies) โฆษกขององค์กรเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (European Organization for Nuclear Research) หรือ เซิร์น (CERN) ซึ่งอำนวยความสะดวกให้ทีมวิจัยใช้เครื่องเร่งอนุภาคที่อยู่ใต้ดินเพื่อยิงอนุภาคนิวทริโนจากเจนีวาไปอิตาลี

ขณะที่ อลัน โกสเตเลคกี (Alan Kostelecky) นักฟิสิกส์ทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยอินเดียนา (Indiana University) ซึ่งทำงานวิจัยทางด้านนี้มาถึง 25 ปีให้ความเห็นว่า การค้นพบครั้งนี้จะเป็นการปฏิวัติวงการ หากว่าผลการทดลองได้รับการยืนยันว่าถูกต้อง ไม่ต่างจาก สตีเฟน ปาร์เก (Stephen Parke) นักทฤษฎีหัวหน้าทีมประจำห้องปฏิบัติการเฟอร์มิแล็บ (Fermilab) ใกล้กับเมืองชิคาโก อิลลินอยด์ สหรัฐฯ ซึ่งไม่มีส่วนร่วมกับงานวิจัยล่าสุดนี้กล่าวว่า ผลการทดลองดังกล่าวเป็นสิ่งที่น่าตะลึง และจะกลายเป็นปัญหาสำหรับนักฟิสิกส์ หากได้รับการพิสูจน์ว่าเป็นจริง

รายละเอียดจากเอพีระบุว่า การทดลองนี้เกิดจากความร่วมมือระหว่างสถาบันวิจัยนิวเคลียร์และฟิสิกส์อนุภาคฝรั่งเศส (National Institute for Nuclear and Particle Physics Research) และห้องปฏิบัติการกรานซัสโซอิตาลี (Gran Sasso National Laboratory) ซึ่งได้ทำการทดลองที่เซิร์น โดยลำอนุภาคนิวทริโนได้ถูกยิงออกจากเครื่องเร่งอนุภาคดินใกล้กรุงเจนีวาไปยังห้องปฏิบัติการในอิตาลีที่อยู่ไกลออกไป 730 กิโลเมตร และพบว่าอนุภาคดังกล่าวเดินทางด้วยความเร็วมากกว่าแสง 60 นาโนวินาที (nanosecond)* โดยมีความคลาดเคลื่อนเพียง 10 นาโนวินาที

ด้วยผลการทดลองที่มีความหมายสำคัญมากเช่นนี้ เอพีรายงานว่าทางทีมวิจัยจึงต้องใช้เวลาตรวจสอบและตรวจทานนานอยู่หลายเดือน เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีจุดบกพร่องในการทดลอง โดยทางบีบีซีนิวส์บอกว่าทีมวิจัยต้องวัดการการเคลื่อนที่ของลำนิวทริโนอยู่ราว 15,000 ครั้ง และได้ข้อมูลที่มีนับสำคัญทางสถิติ และก่อนหน้านี้เมื่อปี 2007 ทีมวิจัยเฟอร์มิแล็บของสหรัฐฯ ได้ทำการทดลองที่พบว่าอนุภาคเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าแสงเช่นกัน หากแต่มีค่าความคลาดเคลื่อนที่กว้างกว่า จึงไปตัดความสำคัญทางวิทยาศาสตร์ของผลการทดลองนั้น

ความเร็วแสงนั้นเป็นขีดกำจัดความเร็วของเอกภพ ซึ่งฟิสิกส์ยุคใหม่ส่วนมากขึ้นตรงต่อแนวคิดที่ว่าไม่มีอะไรเคลื่อนที่ได้เร็วกว่า โดยแนวคิดนี้มีพื้นฐานมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (Special theory of relativity) ของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ที่เสนอขึ้นเมื่อปี ค.ศ.1905 และมีการทดลองหลายพันหลายหมื่นการทดลองที่พยายามวัดการเคลื่อนที่ของอนุภาคให้แม่นยำที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ แต่ไม่มีผลการทดลองใดที่จะฝืนขีดจำกัดดังกล่าว แต่เมื่อ 3 ปีที่ผานมา ดร.อีเรดิทาโตและคณะทำงานได้ทำการทดลองที่ชี้นำว่า นิวทริโอเดินทางได้เร็วกว่าแสง

ฟิลิป สคิว (Phillip Schewe) นักฟิสิกส์และผู้อำนวยการฝ่ายสื่อสารของสถาบันจอยท์ควอนตัม (Joint Quantum Institute) ในแมรีแลนด์ สหรัฐฯ อธิบายว่า นิวทริโนนั้นเป็นอนุภาคที่แทบจะไม่มีมวล และมีชนิดที่แตกต่างกันที่เรียกว่า “เฟลเวอร์” (flavor) อยู่ 3 เฟลเวอร์ แต่ละเฟลเวอร์มีปฏิอนุภาคเป็นคู่ของตัวเอง และพบว่านิวทริโนที่พ่นออกจากดวงอาทิตย์นั้นสามารถเปลี่ยนจากเฟลเวอร์หนึ่งเปลี่ยนไปเป็นอีกเฟลเวอร์หนึ่งได้

ทางด้าน ไบรอัน กรีน (Brian Greene) นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย (Columbia University) สหรัฐฯ ผู้เขียนหนังสือ “ถักทอจักรวาล” (Fabric of the Cosmos) ให้ความเห็นว่าในทางทฤษฎีแล้วนิวทริโนสามารถเดิยทางด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน โดยขึ้นอยู่กับพลังงานที่มี และอนุภาคลึกลับอื่นๆ ที่ยังคงเป็นเพียงทฤษฎีอยู่นั้นก็อาจมีความเร็วคล้ายๆ กันนี้

ส่วน เจนนี โธมัส (Jenny Thomas) ซึ่งเป็นสมาชิกทีมโฆษกเฟอร์มิแล็บ และศาสตราจารย์ฟิสิกส์ประจำมหาวิทยาลัยคอลเลจออฟลอนดอน (University College of London) ในสหราชอาณาจักร กล่าวว่า จำเป็นต้องมี “คำอธิบายที่เป็นปกติมากกว่านี้” สำหรับการค้นพบของทีมวิจัยจากยุโรป โดยเธอบอกว่าประสบการณ์จากห้องปฏิบัตารเฟอร์มิแล็บนั้น แสดงให้ว่าเป็นเรื่องยากเพียงใดในการวัดระยะทาง เวลาและมุมที่แม่นยำ เพื่อที่จะอ้างผลการทดลองเช่นงานวิจัยล่าสุดนี้ได้

ถึงอย่างนั้นทางเฟอร์มิแล็บซึ่งยิงลำอนุภาคนิวทริโนจากชิคาโกไปยังมินเนโซตาก็ได้เริ่มต้นการทดลองเพื่อพิสูจน์หรืออีกแง่หนึ่งคือพยายามล้มคว่ำผลการทดลองล่าสุด และนั่นก็เป็นสิ่งที่ทีมวิจัยในกรุงเจนีวาต้องการ โดยกิลลีส์บอกว่าเอพีว่าผลการทดลองที่อ่านได้สร้างความประหลาดใจแก่นักวิจัย ซึ่งพวกเขาได้เชิญประชาคมฟิสิกส์มาช่วยดูว่าพวกเขาได้ทำอะไร และพินิจพิเคราะห์รายละเอียดที่มากขึ้น รวมถึงให้นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองซ้ำเพื่อผลการทดลองที่สมบูรณ์ขึ้น

อย่างไรก็ดี มีห้องปฏิบัติการเพียง 2 แห่งในโลกที่สามารถทำการทดลองนี้ซ้ำได้ นั่นคือเฟอร์มิแล็บและห้องปฏิบัติการที่ญี่ปุ่นซึ่งทำวิจัยได้ช้าลงเพราะผลกระทบจากสึนามิและแผ่นดินไหว และ ร็อบ พลันเก็ตต์ (Rob Plunkett) นักวิทยาศาสตร์ประจำเฟอร์มิแล็บกล่าวว่า ความแม่นยำในระบบการวัดของเฟอร์มิแล็บไม่ใกล้เคียงกับความแม่นยำของห้องปฏิบัติการที่ยุโรป และห้องปฏิบัติการของสหรัฐฯ นี้จะยังไม่เพิ่มขึ้นความสามารถในการวิจัยไปอีกช่วงเวลาหนึ่ง

ส่วน ดรูว บาเดน (Drew Baden) หัวหน้าภาควิชาฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยแมรีแลนด์ (University of Maryland) ให้ความเห็นต่อการทดลองที่เซิร์นว่า การค้นพบดังกล่าวอาจเป็นผลจากการทดลองที่ผิดพลาด หรือไม่ก็เป็นเรื่อง “ฟลุค” เพราะว่าการแกะรอยนิวทริโนนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย และบอกด้วยว่าสิ่งที่ทีมวิจัยจากยุโรปเสนอมานี้เป็นเรื่องน่าหัวเราะ

“จนกว่าการทดลองนี้จะได้รับการพิสูจน์โดยกลุ่มวิจัยอื่น มันก็คงเป็น “พรมวิเศษ” มันเจ๋ง แต่...” บาเดนให้ความเห็น

หากนิวทริโนเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าแสงจริง ปาร์เกกล่าวว่าอาจจะมีทางลัดไปสู่มิติอื่น โดยทฤษฎีฟิสิกส์นั้นเต็มไปด้วยมิติที่มองไม่เห็นมากมาย ซึ่งช่วยให้นิวทริโนเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแซงหน้าแสงได้ ส่วนกรีนกล่าวว่าหากสิ่งที่ทีมวิจัยยุโรปค้นพบนั้นถูกต้อง สิ่งนี้จะเปลี่ยนแนวคิดว่าเอกภพของเรานั้นรวมกันได้อย่างไร ขณะที่โกสเตเลคกีจากอินเดียนาเสนอทฤษฎีว่าอาจมีสถานการณ์ที่พื้นหลังของเอกภพนั้นไม่สมมาตรอย่างที่ไอน์ไสตน์บอก ซึ่งการเปลี่ยนแปลงของพื้นหลังนี้อาจปรับเปลี่ยนความเร็วของแสงและนิวทริโนได้ แต่ไม่ได้หมายความว่าทฤษฎีจของไอน์สไตน์ถูกพังยับเยิน

“ผมไม่คิดว่าคุณจะ “ล้ม” ทฤษฎีไอน์สไตน์ได้ คุณทำไม่ได้หรอก มันใช้การได้อยู่ เพียงแต่ต้องใช้เวลาเพื่อขยายความเพิ่มเติม” โกสเตเลคกีกล่าว

* 1 นาโนวินาทีเท่ากับ 1 ในพันล้านของวินาที