SEIZE THE MOMENT

RECENT POST:

HIGHLIGHTS:

  • ล่าสุดเมื่อเดือนธันวาคมที่ผ่านมา นักฟิสิกส์จาก CERN ประกาศว่าสามารถสร้างปฏิไฮโดรเจนขึ้นมาแล้วศึกษาสเปกตรัมของมันได้ และผลจากการทดลองพบว่า ลักษณะสเปกตรัมของไฮโดรเจนและปฏิไฮโดรเจนเหมือนกัน ตรงตามที่ทฤษฎีทำนายไว้ กล่าวได้ว่าเป็นการยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีแบบจำลองมาตรฐานที่เคยทำนายการมีอยู่ของอนุภาคฮิกส์โบซอนไปอีกขั้นหนึ่ง
Photo: home.cern
    นักฟิสิกส์จาก CERN ทำการทดลองที่เหลือเชื่อให้เกิดขึ้นได้เป็นครั้งแรกของโลก นั่นคือ การสร้างปฏิไฮโดรเจน (antihydrogen) ขึ้นมาแล้วศึกษาการเปล่งแสงของมันเมื่ออิเล็กตรอนเกิดการเปลี่ยนระดับพลังงานด้วยความแม่นยำสูงยิ่ง
Photo: ducksters.com
​     สสารทุกอย่างที่อยู่รอบๆ ตัวเราล้วนเกิดจากธาตุในตารางธาตุมารวมตัวกันในสัดส่วนต่างๆ กัน ธาตุต่างๆ เหล่านั้นประกอบขึ้นมาจากอนุภาคที่เล็กลงไป ได้แก่ โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน
​     กล่าวได้ว่าตั้งแต่ดาวฤกษ์อันใหญ่โตจนถึงแบคทีเรียเล็กๆ ล้วนถูกสร้างขึ้นจากโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนทั้งสิ้น
​     แต่ในปี 1928 นักฟิสิกส์อังกฤษชื่อ พอล ดิแรก (Paul Dirac) เสนอทฤษฎีว่าอนุภาคเล็กๆ เหล่านี้มีคู่ตรงข้ามของมันอยู่ เรียกว่า ปฏิอนุภาค (antiparticle) ซึ่งมีมวลเท่ากับอนุภาคปกติ แต่สมบัติบางอย่างเช่น ประจุไฟฟ้าตรงข้ามกัน
​     สี่ปีต่อมา คาร์ล แอนเดอร์สัน (Carl Anderson) นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันค้นพบปฏิอนุภาคของอิเล็กตรอน มันมีมวลเท่ากับอิเล็กตรอน แต่มีประจุเป็นบวก! ซึ่งนักฟิสิกส์เรียกมันว่า โพสิตรอน (positron) และในปี 1955 มีการค้นพบปฏิโปรตอนเป็นครั้งแรก พูดง่ายๆ ว่ามันคือโปรตอนที่มีประจุเป็นลบ!
​     เมื่ออนุภาคและปฏิอนุภาคเคลื่อนที่มาชนกันจะเกิดการสลายตัวกลายเป็นพลังงานออกมาอย่างรุนแรงทำให้ปฏิอนุภาคที่เกิดขึ้นไม่สามารถดำรงอยู่ได้นาน เนื่องจากมันพร้อมจะพุ่งเข้าชนกับอนุภาคต่างที่อยู่รอบๆ มันได้ทุกเมื่อ

Photo: aether.lbl.gov
Photo: ippog.web.cern.ch
​     นักฟิสิกส์มั่นใจว่าในช่วงที่เอกภพถือกำเนิดขึ้นมานั้น อนุภาคและปฏิอนุภาคเกิดขึ้นมาเท่าๆ กัน แต่ด้วยสาเหตุและกลไกบางอย่างทำให้เอกภพของเราหลงเหลือเพียงอนุภาค ส่วนปฏิอนุภาคนั้นสลายตัวไป จนมนุษย์เราเพิ่งมารู้ว่ามันมีตัวตนอยู่ในเอกภพของเราด้วย
​     ในปี 1995 นักฟิสิกส์จาก CERN สร้างปฏิไฮโดรเจนซึ่งประกอบจากปฏิโปรตอนและปฏิอิเล็กตรอนได้สำเร็จ การสร้างปฏิไฮโดรเจนนั้นยากมากเพราะต้องนำปฏิอิเล็กตรอนและปฏิโปรตอนที่พร้อมจะสลายตัวตลอดเวลามารวมกันให้ได้ อีกทั้งการตรวจจับให้ได้ต้องอาศัยเทคนิคและความละเอียดของการทดลองที่ไม่ธรรมดา มีการประมาณการว่าปฏิไฮโดรเจนหนึ่งกรัมนั้นควรมีราคามากถึง 89 ล้านล้านเหรียญสหรัฐฯ เนื่องจากความยากในการสร้างมันขึ้นมา
​     ล่าสุดเมื่อเดือนธันวาคมนี้ นักฟิสิกส์จาก CERN ประกาศว่าสามารถสร้างปฏิไฮโดรเจนขึ้นมาแล้วศึกษาสเปกตรัมของมันได้
สเปกตรัมคืออะไร?
​     อิเล็กตรอนของธาตุต่างๆ นั้นมีพลังงานได้หลายค่า เมื่อมันลดระดับพลังงานจะเกิดการเปล่งแสงออกมาได้ ชุดความถี่ของแสงที่อิเล็กตรอนปล่อยออกมานั้นเองคือ ‘สเปกตรัม’ ของธาตุนั้นๆ
​     การศึกษาแสงที่อิเล็กตรอนเปล่งออกมาทำให้นักฟิสิกส์สามารถศึกษาโครงสร้างระดับพลังงานของมันได้
​     การทดลองในครั้งนี้นักฟิสิกส์ใช้ลำพลาสมาที่มีปฏิโปรตอนและปฏิอิเล็กตรอนอย่างละ 90,000 อนุภาคมาชนกัน เกิดเป็นปฏิไฮโดรเจน 25,000 อะตอมต่อการชนหนึ่งครั้ง จากนั้นจะมีเพียง 14 อะตอมที่จะถูกจับไว้ด้วยสนามแม่เหล็ก แล้วนำมาทำการวัดค่าแสงที่เปล่งออกมาด้วยการฉายแสงเลเซอร์ใส่เข้าไป
​     ผลปรากฏว่า ลักษณะสเปกตรัมของไฮโดรเจนและปฏิไฮโดรเจนเหมือนกัน ตรงตามที่ทฤษฎีทำนายไว้ กล่าวได้ว่าเป็นการยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีแบบจำลองมาตรฐานที่เคยทำนายการมีอยู่ของอนุภาคฮิกส์โบซอน (Higgs Boson) ไปอีกขั้นหนึ่ง
​     นั่นหมายความว่าทฤษฎีที่นักฟิสิกส์มีในตอนนี้ใช้อธิบายธรรมชาติของปฏิสสารได้เป็นอย่างดี
​     ในตอนนี้การประยุกต์ใช้ความรู้เรื่องปฏิสสารยังไม่เกิดขึ้นในเร็ววันเพราะเทคโนโลยีเรื่องปฏิสสารเพิ่งอยู่ในจุดเริ่มเท่านั้น อย่างไรก็ตามโดยทฤษฎีแล้ว นักฟิสิกส์รู้ดีว่าระเบิดปฏิสสารนั้นมีประสิทธิภาพสูงกว่าระเบิดปรมาณูกว่าร้อยเท่า ซึ่งในอนาคตมนุษย์เราอาจนำพลังงานนั้นไปใช้ในการสร้างสรรค์สิ่งใหม่ๆ ได้มากมาย เช่น ใช้ในการเดินทางข้ามห้วงอวกาศ และ การปรับสภาพดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ ให้เหมาะสมกับการอยู่อาศัยได้ ฯลฯ
  
*การค้นพบครั้งนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารทางวิทยาศาสตร์ชื่อดังอย่าง Nature
อ้างอิง:
​     - www.nature.com/nature/journal/vaap/ncurrent/full/nature21040.html
​     - home.cern/about/updates/2016/12/alpha-observes-light-spectrum-antimatter-first-time