ปฏิสสารที่หนักที่สุดเท่าที่เคยพบมา
นักวิทยาศาสตร์ที่เครื่องตรวจจับ ALICE ของ CERN ได้จำลองสภาวะที่พบในระหว่างบิ๊กแบงขึ้นใหม่ ในความพยายามเพื่อขุดให้ถึงแก่นว่า สสารมีอิทธิพลมากกว่าปฏิสสารได้อย่างไร และการทดลองวิทยาศาสตร์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดบนโลกก็ประสบความสำเร็จอีกครั้ง โดยการตรวจจับร่องรอยของอนุภาคปฏิสสารที่หนักที่สุดเท่าที่เคยพบมา
นี่หมายความว่า LHC(Large Hadron Collider) เครื่องเร่งอนุภาคที่ทรงพลังที่สุดบนโลกเท่าที่เคยสร้างมาได้ให้แง่มุมสู่สภาวะที่ปรากฏเมื่อเอกภพมีอายุไม่ถึงหนึ่งวินาที อนุภาคปฏิสสาร(antimatter) แอนตี้ไฮเปอร์ฮีเลียม 4 นี้เป็นคู่เคียงของอนุภาคสสารขนาดใหญ่ที่เรียกว่า ไฮเปอร์ฮีเลียม 4(Hyperhelium-4) และการค้นพบมันก็น่าจะช่วยนักวิทยาศาสตร์ได้ตามรอยปริศนาว่าเพราะเหตุใด สสารปกติจึงพบอยู่ทั่วเอกภพ แม้จากความจริงที่ว่า สสารและปฏิสสารถูกสร้างขึ้นในจำนวนเท่าๆ กันในช่วงอรุณรุ่งแห่งเวลา
ควาร์ก อนุภาคมูลฐานที่สุด ภาพปก ALICE Collaboration
ความไม่สมดุลนี้เรียกกันว่า ความไม่สมมาตรสสาร-ปฏิสสาร(matter-antimatter asymmetry) อนุภาคสสารและอนุภาคปฏิสสารเมื่อสัมผัสกันจะทำลายล้างกัน ปลดปล่อยพลังงานกลับคืนสู่อวกาศ นี่บอกเป็นนัยว่าถ้าความไม่สมดุลระหว่างสองส่วน ไม่ได้เกิดขึ้นตั้งแต่ช่วงต้นๆ ในเอกภพดังนั้นแล้ว เอกภพก็อาจจะว่างเปล่ามากกว่านี้และเป็นสถานที่ที่น่าสนใจน้อยลง
LHC ไม่ใช่ที่แปลกสำหรับการค้นพบใหม่ๆ เกี่ยวกับเอกภพยุคต้น วงแหวนแม่เหล็กที่ยาว 27 กิโลเมตรใต้เทือกเขาแอลป์ใกล้เมืองเจนีวา สวิตเซอร์แลนด์ LHC เป็นที่รู้จักมากที่สุดจากการค้นพบอนุภาคฮิกส์-โบซอน(Higgs boson) ผู้นำสารของสนามฮิกส์ที่ทำให้อนุภาคอื่นๆ มีมวล การชนที่ LHC ได้สร้างสสารในสถานะที่เรียกว่า พลาสมาควาร์กกลูออน(quark-gluon plasma) ทะเลพลาสมาที่หนาทึบนี้ก็เหมือนกับ ซุปดึกดำบรรพ์(primordial soup) ของสสารที่มีอยู่ทั่วเอกภพในช่วงหนึ่งในหนึ่งล้านส่วนของวินาทีแรกหลังจากบิ๊กแบง
องค์ประกอบควาร์กในโปรตอนและนิวตรอน และในปฏิอนุภาคของพวกมัน
ไฮเปอร์นิวเคลียสนี้และคู่ปฏิสสารของพวกมัน โผล่มาจากพลาสมาควาร์กกลูออนดังกล่าว ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้แง้มหน้าต่างสู่สภาวะในเอกภพยุคต้น ไฮเปอร์นิวเคลียสนั้นประกอบด้วยโปรตอน(proton) และนิวตรอน(neutron) เหมือนกับนิวเคลียสอะตอมทั่วไป และยังมีอนุภาคที่ไม่เสถียรที่เรียกว่า ไฮเปอร์รอน(hyperons) ด้วย
ไฮเปอร์รอนเองก็ประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานคือ ควาร์ก เช่นเดียวกับโปรตอนและนิวตรอน ในขณะที่โปรตอนและนิวเคลียสมีควาร์ก 2 ชนิดคือ อัพและดาวน์(up & down quarks) ไฮเปอร์รอนกลับมีควาร์กอีกชนิดคือ สแตรงก์(strange quarks; อัพในเวอร์ชั่นที่หนักกว่า) เท่านั้น หมายเหตุ โปรตอน 2u1d นิวตรอน 1u2d นอกจาก อัพ, ดาวน์, สแตรงก์ แล้วยังมี ท๊อป, บอทท่อม และชาร์ม
ไฮเปอร์นิวเคลียสถูกพบครั้งแรกในรังสีคอสมิค ซึ่งเป็นฝนของอนุภาคมีประจุที่ตกลงมาบนโลกจากอวกาศห้วงลึกเมื่อราว 70 ปีก่อน อย่างไรก็ตาม พบในธรรมชาติได้ยากและยากที่จะสร้างและศึกษาในห้องทดลอง จึงทำให้พวกมันเป็นปริศนา การค้นพบหลักฐานของไฮเปอร์นิวเคลียสว่าเป็นปฏิสสารของไฮเปอร์ฮีเลียม 4 ครั้งแรกทำที่เครื่องตรวจจับ ALICE(A Large Ion Collider Experiment) ของ LHC
CERN มีเครื่องเร่งอนุภาค LHC อยู่ใต้ดินซึ่งมีความยาวรวม 27 กิโลเมตร โดยมีกลุ่มทดลองที่จะดึงอนุภาคที่วิ่งในวงแหวนด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง ไปทำการทดลองตามจุดประสงค์ของกลุ่ม
ในขณะที่การทดลองทั้ง 9 กลุ่มที่ LHC เกือบทุกกลุ่มมีเครื่องตรวจจับของกลุ่มเอง โดยเป็นผลจากโปรตอนที่ชนกันด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง แต่กลุ่ม ALICE สร้างพลาสมาควาร์กกลูออน โดยใช้อนุภาคที่หนักกว่ามาชนกัน ซึ่งโดยปกติเป็นนิวเคลียสตะกั่ว หรือไอออน การชนของเหล็กไอออนนั้นเป็นแหล่งที่ใช้สร้างไฮเปอร์นิวเคลียสได้จำนวนพอสมควร แต่จนถึงตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์ที่ทำการชนไอออนหนักก็เพิ่งประสบความสำเร็จในการสำรวจไฮเปอร์นิวเคลียสที่เบาที่สุดคือ ไฮเปอร์ตริตอน(hypertriton) กับปฏิสสารของมัน(antihypertriton)
กระทั่งในปี 2024 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ใช้เครื่องชนไอออนหนักสัมพัทธภาพ(Relativistic Heavy Ion Collider-RHIC) ในนิวยอร์ค จึงได้พบ แอนตี้ไฮเปอร์ไฮโดรเจน 4 ซึ่งประกอบด้วย 1 แอนตี้โปรตอน, 2 แอนตี้นิวตรอน และอนุภาคที่มีควาร์กที่เรียกว่า แอนตี้แลมป์ดา(antilambda) ขณะนี้ ALICE ได้ตามรอยด้วยการพบแอนตี้ไฮเปอร์นิวเคลียสที่หนักกว่าก็คือ แอนตี้ไฮเปอร์ฮีเลียม 4 ซึ่งประกอบด้วย 2 แอนตี้โปรตอน, 1 แอนตี้นิวตรอน และ 1 แอนตี้แลมป์ดา
Antihyperhelium-4
การชนตะกั่วเข้าด้วยกันและข้อมูล ALICE ที่ให้การตรวจจับปฏิสสารไฮเปอร์นิวเคลียสที่หนักที่สุดเท่าที่ LHC เคยมีจริงๆ แล้วต้องย้อนไปถึงข้อมูลปี 2018 เมื่อพบสัญญาณของแอนตี้ไฮเปอร์ฮีเลียม 4 จากการสลายตัวเป็นอนุภาคอื่นๆ(แอนตี้ฮีเลียม 3, 1 แอนตี้โปรตอน และไพออน) และตรวจจับอนุภาคเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์ ALICE ปะติดปะต่อสัญญาณของแอนตี้ไฮเปอร์ฮีเลียม 4 จากข้อมูลโดยใช้เทคนิคจักรกลการเรียนรู้ที่สามารถทำงานได้ดีกว่าเทคนิคการสำรวจทั่วไปของกลุ่ม
นอกเหนือจากการพบหลักฐานของแอนตี้ไฮเปอร์ฮีเลียม 4 และแอนตี้ไฮโดรเจน 4 แล้ว ทีม ALICE ยังตรวจสอบมวลของพวกมันได้ ซึ่งก็สอดคล้องเป็นอย่างดีกับทฤษฎีฟิสิกส์อนุภาคที่มีอยู่ นักวิทยาศาสตร์ยังตรวจสอบปริมาณของอนุภาคเหล่านี้ที่เกิดจากการชนตะกั่วเข้าด้วยกันด้วย พวกเขาพบว่า จำนวนที่ได้สอดคล้องกับข้อมูล ALICE ซึ่งบ่งชี้ว่า สสารและปฏิสสารที่ถูกสร้างขึ้นด้วยปริมาณที่เท่ากันจากพลาสมาควาร์กกลูออนที่เกิดจากระดับพลังงานที่ LHC ไปถึง
เหตุผลที่สสาร-ปฏิสสารในเอกภพไม่สมดุลกันจึงยังคงเป็นปริศนา แต่ แอนตี้ไฮเปอร์ฮีเลียม 4 และแอนตี้ไฮเปอร์ไฮโดรเจน 4 ก็น่าจะให้เงื่อนงำสำคัญในปริศนานี้ได้ รายงานนี้นำเสนอต่อ Physical Review Letters
แหล่งข่าว space.com : Large Hadron Collider finds 1st evidence of the heaviest antimatter particle yet
iflscience.com : evidence of bizarre antimatter particle seen at CERN for the first time
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
