เซิร์นวางแผนปฏิบัติการค้นหาอนุภาคที่เกี่ยวพัน “สสารมืด”

เซิร์นแถลงแผนปฏิบัติการครั้งใหม่เพื่อค้นหา อนุภาคที่เกี่ยวพัน “สสารมืด” และเชื่อว่าเป็นองค์ประกอบของเอกภพประมาณ 27%

องค์การวิจัยนิวเคลียร์วิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรปหรือเซิร์น (CERN) แถลงการเดินหน้าปฏิบัติการใหม่ที่ออกแบบมาเพื่อค้นหาอนุภาคที่เบาและมีอันตรกริยาอ่อนๆ ที่มีความเกี่ยวโยงกับสสารมืด

นักวิทยาศาสตร์เรียกระบุว่า สสารที่เรียกกันอย่างไม่เป็นทางการว่า “สสารสามัญ” ซึ่งมีทั้งดาวฤกษ์ ก๊าซ ฝุ่น และดาวเคราะห์ รวมถึงทุกสิ่งทุกอย่างที่อยู่บนดาวเคราะห์นั้น คิดเป็นเพียง 5% ของเอกภพทั้งหมด แต่สสารมืดและพลังงานมืดนั้นคือจำนวนที่เหลือที่ทั้งหมด และนักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่เคยสังเกตเห็นสสารมืดและพลังงานมืดเหล่านั้นได้โดยตรง

สำหรับสสารมืดนั้นไม่สามารถส่องเห็นได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ แต่รับรู้การมีอยู่ของสสารมืดได้จากการแรงโน้มถ่วงที่ดึงดูดวัตถุอื่นๆ ในอวกาศ ซึ่งเซิร์นปรารถนาที่จะค้นหาสสารบางชนิดที่มีความเชื่อมโยงกับสสารมืด

เซิร์นมีเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ คือเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี (LHC) ซึ่งเป็นอุโมงค์ขดเป็นวงเป็นระยะทางยาว 27 กิโลเมตร ตั้งอยู่ระหว่างชายแดนฝรั่งเศส-สวิตเซอร์แลนด์

ย้อนกลับไปเมื่อปี ค.ศ.2010 เครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซีได้เริ่มเร่งโปรตอนพลังงานสูงให้ชนกันที่ความเร็วเข้าใกล้ความเร็วแสง การชนกันเหล่านั้นได้สร้างอนุภาคใหม่ที่ช่วยให้นักฟิสิกส์ได้มุมมองที่ไม่เคยเห็นมาก่อน โดยได้พิจารณากฎธรรมชาติ ด้วยความหวังว่าจะเข้าใจเอกภพได้ดีขึ้น

เมื่อปี ค.ศ.2012 เครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซีก็ได้พิสูจน์ว่าอนุภาคฮิกก์โบซอน (Higgs Boson) หรือที่ถูกขนานนามว่า “อนุภาคพระเจ้า” มีอยู่จริง ซึ่งเป็นการพิสูจน์ที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในการทำความเข้าใจว่าอนุภาคต่างๆ นั้นได้รับมวลมาอย่างไร

ทว่า เครื่องตรวจวัดอนุภาคทั้ง 4 สถานีของเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซีไม่เหมาะที่จะตรวจจับอนุภาคที่เบาและทำอันตรกริยาอ่อนๆ กับสสารมืดดังกล่าวได้ ซึ่งเซิร์นอธิบายว่าอนุภาคที่สนใจนั้นสามารถเดินทางได้หลายร้อยเมตรโดยไม่ทำอันตรกริยากับวัตถุใดๆ จนกระทั่งแปลงสภาพไปเป็นอนุภาคที่เรารู้จักและตรวจวัดได้อย่างอิเล็กตรอนและโพสิตรอน โดยอนุภาคที่แปลกประหลาดนี้อาจจะหนีรอดการตรวจวัดของสถานีตรวจวัดที่มีอยู่ไปตามท่อลำอนุภาค และไม่ถูกตรวจพบ

เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว เซิร์นจึงได้พัฒนาเครื่องมือใหม่ที่ชื่อ “เฟเซอร์” (FASER) ที่สามารถค้นหาอนุภาคได้ด้วยความละเอียดสูงและสามารถที่จะมองเห็นอนุภาคที่ระบุนี้ได้

เซิร์นอธิบายว่า โปรตอนในลำอนุภาคนั้นที่จะเลี้ยวเบนไปตามแม่เหล็กที่อยู่รอบๆ เครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี ขณะที่อนุภาคซึ่งทำอันตรกริยากับวัตถุอื่นต่ำนี้จะเดินทางเป็นเส้นตรงต่อไป ซึ่งเครื่องเฟเซอร์จะสามารถ “มองเห็น” อนุภาคที่ต้องการนี้ และยังมองเห็นผลผลิตจากการสลายตัวของอนุภาคดังกล่าวด้วย

การค้นหาอนุภาคตามทฤษฎีที่มีทั้งดาร์กโปรตอน (photon) และนิวทราลิโน (neutralinos) ซึ่งเกี่ยวโยงกับสสารมืดนั้น คาดว่าจะได้เริ่มขึ้นเมื่อเดินเครื่องทดลองระหว่างปี ค.ศ.2021-2023