CP violation
เมื่อสมมาตรโลกกระจกและประจุไฟฟ้าถูกทำลาย
ในระดับชีวิตประจำวัน เราไม่มีทางอธิบายหรือให้คำจำกัดความได้เลยว่า "ขวาคืออะไร?" เพราะ มันไม่ต่างอะไรจากซ้าย ทุกอย่างที่ใช้ในการนิยามซ้ายขวาล้วนผูกติดอยู่กับวัฒนธรรม ,เหตุบังเอิญทางวิวัฒนาการ หรือสภาพภูมิประเทศ
กล่าวคือ กฎฟิสิกส์ในระดับชีวิตประจำวันรักษาความสมมาตรระหว่างซ้ายขวาได้อย่างสมบูรณ์ สมมาตรระหว่างซ้ายขวานี้ เรียกว่า parity symmetry ซึ่งนักฟิสิกส์เชื่อว่าเอกภพของเรารักษาความสมมาตรนี้ไว้อย่างสมบูรณ์แบบจนกระทั่งมนุษย์ศึกษาธรรมชาติของอนุภาคลงลึกมากไปจนถึงจุดหนึ่ง
ในปี ค.ศ. 1956 เชียง-เชิง วู (Chien-Shiung Wu) นักฟิสิกส์เชื้อสายจีนที่ย้ายมาอยู่อเมริกาทำการทดลองเพื่อทดสอบสมมติฐานดังกล่าว ด้วยการนำอะตอมของธาตุโคบอลต์-60 มาอยู่ในสนามแม่เหล็กความเข้มสูงเพื่อให้สปินของนิวเคลียสพวกมันเรียงตัวอยู่ในทิศทางเดียวกัน
อะตอมเหล่านี้ถูกทำให้เย็นจัดเพื่อไม่ให้ความร้อนมารบกวนทิศทางของสปิน เนื่องจากธาตุโคบอลต์-60 เป็นธาตุกัมมันตรังสีที่จะสลายตัวให้รังสีเบต้าออกมา หาก parity symmetry ไม่ถูกทำลาย รังสีเบต้าย่อมแผ่ออกมาทั้งทิศทางเดียวกับสปินและทิศทางตรงข้ามกับสปินด้วยอัตราเท่าๆกัน แต่ผลการทดลองกลับสร้างความตื่นตะลึงให้วงการฟิสิกส์ นั่นคือ รังสีเบต้าแผ่ออกมาในทิศทางตรงข้ามกับสปินของนิวเคลียสมากกว่า
เชียง-เชิง วู
การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่า parity symmetry ถูกทำลายภายใต้การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีซึ่งเป็นผลมาจากแรงอย่างอ่อน (weak interaction) แต่แรงพื้นฐานอื่นๆในธรรมชาติ อย่างแรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้าและแรงอย่างเข้ม parity symmetry ยังคงมีอยู่อย่างสมบูรณ์
ก่อนจะไปถึงคำถามที่ว่าทำไมถึงเป็นเช่นนั้น ซึ่งเป็นคำถามที่ลึกซึ้ง เรามาสรุปผลการทดลองนี้ก่อนดีกว่า การทดลองนี้อย่างน้อยๆก็เป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ที่แสดงให้เห็นว่า ซ้าย-ขวา นั้น ถูกแยกขาดจากกันได้ เพราะ สนามแม่เหล็กที่ทำให้นิวเคลียสโคบอลต์-60 มีสปินในทิศทางหนึ่งๆนั้นสามารถสร้างจาก การปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดตัวนำที่ตีเกลียววนทิศหนึ่งอย่างจำเพาะ พูดง่ายๆว่าการทดลองนี้ในโลกกระจกให้ผลแตกต่างกับในโลกแห่งความจริงอย่างชัดเจน
ริชาร์ด ไฟน์แมน สุดยอดนักฟิสิกส์จินตนาการไว้ว่า หากสมมาตรของซ้ายขวาพังลง เราย่อมโทรคุยกับมนุษย์ต่างดาวต่างกาแล็กซีที่ไม่เคยมายังโลกของเราและบอกเล่าได้ว่า ซ้ายคืออะไรขวาคืออะไร
การทดลองนี้ทำให้เราบอกมนุษย์ต่างดาวถึงซ้ายกับขวาได้ เริ่มต้นจากการให้มนุษย์ต่างดาวไปหาธาตุโคบอลต์-60 มา ซึ่งจำนวนโปรตอนและนิวตรอนถูกระบุได้อย่างชัดเจน จากนั้นบอกให้มนุษย์ต่างดาวสร้างสนามแม่เหล็กด้วยเอาลวดนำไฟฟ้าได้มาดัดเป็นเกลียวทิศทางใดก็ได้ แล้วผ่านอิเล็กตรอนเข้าไป จากนั้นลดอุณหภูมิของระบบลงจนเย็นจัด แล้วสังเกตทิศการแผ่รังสีเบต้า ซึ่งรังสีเบต้าก็คืออิเล็กตรอน บทสรุปคือ การตีเกลียวของลวดตัวนำ จะทำให้เกิดทิศของรังสีเบต้าอย่างจำเพาะทำให้มนุษย์ต่างดาวเข้าใจความเป็นซ้าย-ขวาได้
แต่นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจำนวนหนึ่งพยายามดึงสมมาตรนี้กลับมาด้วยการตั้งคำถามว่า มนุษย์ต่างดาวจะรู้ได้อย่างไรว่าอะไรคืออิเล็กตรอน! จริงอยู่ที่อิเล็กตรอนในเอกภพมีประจุเท่ากันหมด มีมวลเท่ากันหมด ทั้งเอกภพ กล่าวคือ สสารรอบตัวเราล้วนแล้วแต่มีอิเล็กตรอนเป็นส่วนประกอบทั้งสิ้น
แต่ถ้าเรามองเอกภพในลักษณะที่มีความสมมาตรมากขึ้นไปอีก บางทีมนุษย์ต่างดาวอาจทำการทดลองผิด เพราะเผลอไปหยิบเอาโพสิตรอน ซึ่งเป็นปฏิอนุภาคของอิเล็กตรอนมาทำการทดลองได้ เพราะอิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ส่วนโพสิตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก แต่มวลเท่ากันอย่างสมบูรณ์
ดังนั้นมนุษย์ต่างดาวอาจจะถามเราเพื่อความมั่นใจว่า ประจุลบ แปลว่าอะไร? กล่าวคือเราจะแยกแยะความเป็นประจุลบออกจากความเป็นประบวกได้อย่างไร? นักฟิสิกส์เชื่อว่าลบกับบวกนั้นไม่ต่างอะไรกัน ถ้าเราให้ประจุลบกับบวกทั้งเอกภพสลับกัน กฎฟิสิกส์ก็ยังเหมือนเดิม ความสมมาตรนี้เรียกว่า charge conjugation
กล่าวคือ เมื่อเพิ่มสมมาตรประจุไฟฟ้าเข้าไปรวมกับสมมาตรกระจกจึงเกิดสมมาตรใหญ่ขึ้นที่ เรียกว่า CP symmetry ในตอนนี้สมมาตรโลกกระจกกลับมาแล้วโดยไม่ถูกทำลายลงเพราะสมมาตรประจุไฟฟ้าที่เข้ามารวมได้กู้สมมาตรกระจกให้ฟื้นคืนมาด้วย
แต่การทดลองในเวลาต่อมาทำให้นักฟิสิกส์พบว่ามีการละเมิด CP symmetry เกิดขึ้นได้อยู่ดี เรียกว่า CP violation ซึ่งการค้นพบนี้ก่อให้เกิดผลลัพธ์สำคัญอย่างยิ่งต่อโลกฟิสิกส์
ส่วนรายละเอียดจะเป็นอย่างไรนั้น ไว้มาติดตามกันนะครับ
- 6
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
