ยืนยัน "อนุภาคผี" เปลี่ยนรูปกลับไป-กลับมาได้

"นิวทริโท" หรืออนุภาคที่ถูกเรียกว่า "อนุภาคผี" เพราะอยู่ท่วมจักรวาล แต่เรากลับตรวจจับอนุภาคนี้ได้ยาก งานวิจัยล่าสุดยืนยันอนุภาคดังกล่าวสามารถเปลี่ยนกลับไปกลับมาได้ ซึ่งอาจจะนำไปสู่กุญแจไขปริศนาว่า ทำไมจึงมีสสารอยู่มากมาย แต่ปฏิสสารที่เป็นคู่กันกลับมีอยู่น้อย

อ้างตามรายงานบีบีซีนิวส์ นักทฤษฎีระบุว่าคู่อนุภาคอย่างสสารและปฏิสสารในเอกภพนั้นถูกสร้างขึ้นมาในปริมาณเท่ากันระหว่างเกิดระเบิดบิกแบง (Big Bang) และคู่เหมือนทั้งสองต่างทำลายล้างซึ่งกันและกัน แม้แต่มีอนุภาคสำคัญอื่นอันไม่สมมาตรมารบกวนการทำลายล้างกันดังกล่าว

ศ.เดฟ วาร์ก (Prof.Dave Wark) จากสภาอำนวยการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอังกฤษ และศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด (Oxford University) อธิบายว่า ข้อเท็จจริงที่เอกภพกลับปรากฏสสารอยู่มากมายนั้น แสดงว่าต้องมีกฎฟิสิกส์บางอย่างที่ไม่อยู่ในแบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) และนิวทริโนอาจเป็นสิ่งหนึ่งที่อธิบายได้

ล่าสุดงานวิจัยในโครงการความร่วมมือนานาชาติ T2K ที่มีนักวิทยาศาสตร์กว่า 500 ชีวิตร่วมกันศึกษา ได้ยืนยันว่า อนุภาคนิวทริโนเฟลเวอร์ (flavour) สามารถกลับไป-มา หรือกวัดแกว่งไปเป็นอนุภาคนิวทริโนอิเล็กตรอนได้

ทีมนักวิทยาศาสตร์ร่วมกันสร้างการทดลองขนาดมหึมา โดยอาศัยห้องปฎิบัติการ 2 แห่งที่แยกกันไกล 300 กิโลเมตร โดยหนึ่งในห้องปฏิบัติการอยู่ที่ศูนย์วิจัยเครื่องเร่งอนุภาคโปรตอนญี่ปุ่น (Japan Proton Accelerator Research Centre) หรือ เจ-ปาร์ค (J-Parc) ซึ่งตั้งอยู่ทางชายฝั่งตะวันออกของญี่ปุ่น

เครื่องเร่งอนุภาคที่เจ-ปาร์คจะยิงลำอนุภาคนิวทริโนมิวออน (muon neutrino) จากใต้ดินมุ่งหน้าไปยังถังซูเปอร์-คามิโอกันเด (Super-Kamiokande) หรือถังซูเปอร์-เค (Super-K) ทางชายฝั่งตะวันตกของญี่ปุ่น ซึ่งเป็นถังที่บรรจุน้ำบริสุทธิ์สูงและรายล้อมด้วยเครื่องตรวจวัดแสงที่มีความไวยิ่งยวด

เครื่องตรวจวัดแสงหรือหลอดขยายสัญญาณแสงนี้จะบันทึกแสงวาบที่ไม่เกิดขึ้นบ่อยนัก จากอันตรกริยาที่เกิดขึ้นระหว่างนิวทริโนวิ่งผ่านน้ำ แล้วปลดปล่อยแสงออกมา ซึ่งเมื่อปี 2011 ทีมวิจัยได้พบนิวทริโนอิเล็กตรอนจำนวนมากที่ถังซูเปอร์-เค ชี้ว่ามิออนมีการเปลี่ยนแปลงตัวเองระหว่างเส้นทาง แต่ก่อนที่จะได้ทดลองเพื่อยืนยันสิ่งที่พบอีกครั้ง แผ่นดินไหวได้ทำให้เครื่องมือสำคัญเสียหาย

มีการซ่อมแซมเครื่องมืออยู่หลายเดือน จนกระทั่งมีการทดลองที่ได้ข้อมูลทางสถิติชัดเจนพอที่จะแสดงให้เห็นว่ามีการกวัดแกว่งระหว่างมิวออนและอิเล็กตรอนจริง ซึ่งทีมวิจัยได้รายงานการค้นพบนี้ในการประชุมฟิสิกส์อนุภาคสูงของสมาคมฟิสิกส์ยุโรป ณ กรุงสต็อคโฮล์ม สวีเดน

ศ.อัลฟอนส์ เวเบอร์ (Prof.Alfons Weber) หนึ่งในผู้ร่วมโครงการ T2K ชาวอังกฤษจากสภาอำนวยการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอังกฤษ และมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด กล่าวว่า จนถึงทุกวันนี้เราทำได้เพียงวัดการหายไปของอนุภาคนิวทริโนชนิดหนึ่ง แล้วอนุมานว่าเปลี่ยนไปเป็นอีกชนิดหนึ่ง

"แต่ในกรณีนี้เราได้สังเกตเห็นนิวทริโนมิวออนหายไป แล้วเห็นนิวทริโนอิเล็กตรนมาแทนที่ ซึ่งเป็นกรณีแรก" ศ.เวเบอร์กล่าว

การกวัดแกว่งของนิวทริโนนั้นควบคุมโดยเมทริกซ์สามเหลี่ยมที่มีค่าไม่เป็นศูนย์ ซึ่งมีงานวิจัยก่อนหน้านั้นพิสูจน์ว่าแมทริกซ์ 2 มุมนั้นมีค่าไม่เป็นศูนย์ และงานของ T2K ยืนยันว่า มุมที่สามนั้นมีค่าไม่เท่ากับศูนย์เช่นกัน

กรณีนี้เป็นเรื่องสำคัญเพราะทำให้การกวัดแกว่งของนิวทริโนปกติและคู่ปฏิอนุภาคหรือแอนตีนิวทริโน (anti-neutrino) มีความแตกต่างกัน ทำให้นิวทริโนและคู่ปฏินุภาคมีอิสระพอที่จะแสดงพฤติกรรมไม่สมมาตรที่เรียกว่า การระเมิดกฎคู่ประจุ (charge parity violation) หรือการละเมิดกฎซีพี (CP violation)

เรื่องการกฎซีพีนี้เคยสังเกตพบในควาร์ก (quark) ซึ่งเป็นอนุภาคมูลฐานของโครงสร้างโปรตอนและนิวทริโนที่ประกอบขึ้นเป็นอะตอม แต่มีผลกระทบเพียงเล็กน้อย น้อยเกินกว่าจะส่งผลให้สสารมีมากกว่าปฏิสสารหลังระเบิดบิกแบง

อย่างไรก็ดี หากนิวทริโนสามารถแสดงความไม่สมมาตร โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมันคือหลักฐานว่าเป็นนิวทริโนที่เคยมีอยู่ในเอกภพยุคแรกๆ อาจช่วยอธิบายได้ถึงปัญหาเรื่องสสารและปฏิสสารที่ยากจะแก้ ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ต้องเดินหน้าเพื่อหาคำตอบ ซึ่งอาจต้องสร้างนิวทริโนที่มีพลังมากกว่าเดิม

ศ.เวเบอร์กล่าวว่า ตอนนี้มีแนวคิดที่จะสร้างเครื่องตรวจวัดอนุภาคที่มีความไวยิ่งขึ้น ซึ่งต้องปรับปรุงเครื่องเร่งอนุภาคให้ทำงานได้ครบครื่องมากกว่าเดิม และในอเมริกาก็มีเครื่องตรวจวัดอนุภาคที่ใหญ่กว่าและมีความไวยิ่งกว่า อีกทั้งมีการยิ่งลำอนุภาคที่เข้มข้นกว่า ซึ่งจะทำใ้นิวทริโนเดินทางได้ไกลขึ้น