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:

 

Tags: , ,