สำรวจความพยายามของนักวิทยาศาสตร์ ในการไขปริศนาที่มาของเอกภพ ดวงดาว และกาแล็กซี

ที่ห้องปฏิบัติการกลางป่าซึ่งมีหมอกปกคลุมของรัฐเซาท์ดาโกตา คณะนักวิทยาศาสตร์นานาชาตินำโดยทีมนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน กำลังเร่งค้นหาคำตอบของปริศนาสำคัญว่าด้วยความเป็นมาของเอกภพ เนื่องจากปัจจุบันยังไม่มีผู้ใดล่วงรู้ว่า เหตุใดจักรวาลจึงมีสภาพดังที่เราเห็น โดยมีการก่อตัวของดวงดาวและกาแล็กซีจำนวนนับไม่ถ้วนอยู่เต็มไปหมด ?

นอกจากทีมวิจัยที่นำโดยสหรัฐอเมริกาแล้ว ยังมีคณะนักวิทยาศาสตร์นานาชาติที่นำทีมโดยนักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่น กำลังเร่งไขปริศนาเดียวกันนี้อยู่เช่นกัน โดยทีมญี่ปุ่นนั้นมีผลงานวิจัยนำหน้าทีมของสหรัฐฯ อยู่หลายขุม เพราะได้ลงมือศึกษาก่อนมานานหลายปี แต่ก็ยังไม่แน่ว่า ท้ายที่สุดใครจะเป็นผู้ชนะที่ได้ค้นพบคำตอบก่อนในการแข่งขันครั้งนี้

ทฤษฎีทางดาราศาสตร์ในปัจจุบันยังไม่สามารถอธิบายได้ว่า ดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ และดาราจักรต่าง ๆ ถือกำเนิดขึ้นมาได้อย่างไรหลังการขยายตัวครั้งใหญ่หรือบิ๊กแบง (Big Bang) คณะนักวิทยาศาสตร์ทั้งสองทีมจึงได้สร้างอุปกรณ์ตรวจจับความไวสูงของตนเอง เพื่อศึกษาวิเคราะห์อนุภาคนิวทริโน (neutrino) ซึ่งเป็นอนุภาคมูลฐานที่เล็กกว่าอะตอม และเป็นกุญแจสำคัญในการไขปริศนานี้

ล่าสุดทีมนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน กำลังก่อสร้างอุปกรณ์ตรวจจับนิวทริโนที่อยู่ลึกลงไปใต้ดิน ชื่อว่า Deep Underground Neutrino Experiment หรือ "ดูน" (Dune) อุปกรณ์นี้อยู่ในถ้ำขนาดใหญ่มหึมาใต้พื้นผิวโลก ที่ระดับความลึก 1,500 เมตร โดย ดร.จาเร็ต ไฮซี ผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์ของโครงการนี้ ถึงกับตั้งฉายาให้กับสถานที่อันโอ่โถงดังกล่าวว่า "มหาวิหารแห่งวิทยาศาสตร์"

ดร.ไฮซี ซึ่งมีส่วนร่วมในโครงการก่อสร้างนี้ตลอดช่วง 10 ปีที่ผ่านมา บอกว่าการทำงานในขั้นเตรียมการ เพื่อปิดกั้นสถานที่ตั้งของอุปกรณ์ "ดูน" ไม่ให้ได้รับสัญญาณรบกวนและรังสีต่าง ๆ ที่แผ่มาจากด้านบน ขณะนี้ได้เสร็จสิ้นลงแล้ว และพร้อมจะติดตั้งตัวอุปกรณ์ตรวจจับนิวทริโนในขั้นตอนต่อไป "เรากำลังจะสร้างอุปกรณ์ตรวจจับ ที่จะเปลี่ยนแปลงความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับจักรวาลของมนุษยชาติ โดยมีทีมนักวิทยาศาสตร์ 1,500 คน มาทำงานร่วมกันเพื่อตอบคำถามที่ว่า เหตุใดมนุษย์เราจึงดำรงอยู่ในทุกวันนี้"

ในชั่วขณะที่เอกภพถือกำเนิดขึ้น มีอนุภาคสองชนิดถูกสร้างขึ้นมาพร้อมกัน ได้แก่สสาร (matter) ซึ่งเป็นองค์ประกอบของดวงดาวรวมทั้งสรรพสิ่งรอบตัวเรา และปฏิสสาร (antimatter) อนุภาคคู่ตรงข้ามของสสาร ซึ่งถูกสร้างขึ้นมาในปริมาณที่เท่ากัน

ในทางทฤษฎีแล้ว สสารและปฏิสสารควรจะหักล้างกัน จนไม่เหลือสิ่งใดทิ้งเอาไว้เบื้องหลัง นอกจากการระเบิดปะทุพลังงานครั้งใหญ่และเอกภพที่ว่างเปล่า แต่ในความเป็นจริง จักรวาลที่เราเห็นในปัจจุบันกลับเต็มไปด้วยสสารต่าง ๆ อย่างมากมายเหลือคณานับ

นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่า เราจะสามารถค้นพบสาเหตุที่ทำให้สสารไม่ถูกหักล้างหายไปจนหมด แต่กลับเอาชนะปฏิสสารและดำรงอยู่มาได้จนถึงทุกวันนี้ โดยทำการศึกษาอนุภาคนิวทริโนและคู่ตรงข้ามของมัน ซึ่งก็คืออนุภาคปฏินิวทริโน (anti-neutrino)

ทีมนักวิทยาศาสตร์อเมริกันจะทดลองยิงอนุภาคนิวทริโนและปฏินิวทริโน ให้พุ่งตัวเดินทางไกล 1,300 กิโลเมตร จากห้องปฏิบัติการเครื่องเร่งอนุภาคแห่งชาติเฟอร์มี (Fermilab) ที่รัฐอิลลินอยส์ ไปยังอุปกรณ์ "ดูน" ที่สถานวิจัยใต้ดินแซนฟอร์ด (SURF) ในเขตรัฐเซาท์ดาโกตา

ในระหว่างการเดินทางไกลนี้ อนุภาคนิวทริโนและปฏินิวทริโนจะเกิดความเปลี่ยนแปลงขึ้นเล็กน้อย ซึ่งหากสามารถตรวจพบว่า ความเปลี่ยนแปลงของทั้งคู่แตกต่างกันอย่างไรบ้าง ก็อาจนำไปสู่การไขความกระจ่างถึงสาเหตุที่อนุภาคทั้งสองไม่หักล้างกันเองจนหมดไปตั้งแต่แรก

โครงการวิจัยด้วยอุปกรณ์ "ดูน" เป็นโครงการความร่วมมือระดับนานาชาติที่มีนักวิทยาศาสตร์กว่า 1,400 คน จาก 30 ประเทศเข้าร่วม หนึ่งในนั้นคือ ดร.เคต ชอว์ จากมหาวิทยาลัยซัสเซกซ์ของสหราชอาณาจักร ซึ่งเธอบอกกับบีบีซีว่า การค้นพบที่จะมีขึ้นในอนาคตนั้น จะปฏิวัติวงการวิทยาศาสตร์และเปลี่ยนแปลงความเข้าใจของมนุษย์ว่าด้วยจักรวาลและตัวของเราเอง

"มันช่างน่าตื่นเต้นที่ตอนนี้เรามีพร้อมทั้งเทคโนโลยี, วิศวกรรม, และซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ ซึ่งล้วนมีความสามารถที่จะทำลายปริศนาใหญ่ให้แตกได้" ดร.ชอว์กล่าว

ส่วนในฝั่งของซีกโลกตะวันออกนั้น ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติที่นำโดยชาวญี่ปุ่น ก็กำลังสร้างอุปกรณ์ตรวจจับนิวทริโนตัวใหม่ที่เรียกว่า Hyper K ซึ่งจะนำมาใช้งานทดแทน Super K อุปกรณ์ตรวจจับนิวทริโนรุ่นปัจจุบัน ที่มีขนาดเล็กกว่าและเริ่มล้าสมัยทางเทคโนโลยีไปแล้ว

ทีมวิจัยของญี่ปุ่นมีกำหนดจะเปิดใช้งานอุปกรณ์ Hyper K โดยเริ่มยิงอนุภาคนิวทริโนลำแรกภายในสองปีนี้ ซึ่งเป็นการเริ่มต้นที่เร็วกว่าทีมวิจัยอเมริกันหลายปี ทำให้ดร.มาร์ก สกอต จากมหาวิทยาลัยอิมพีเรียล คอลเลจ ลอนดอน (ICL) หนึ่งในผู้เข้าร่วมโครงการวิจัยดังกล่าวของญี่ปุ่น บอกกับบีบีซีด้วยความมั่นใจว่า มีโอกาสสูงที่ทีมนักวิทยาศาสตร์ผู้ใช้งาน Hyper K จะไขปริศนาเรื่องกำเนิดสสารในเอกภพได้ก่อนใคร

"เราเริ่มเดินเครื่องก่อน และมีอุปกรณ์ตรวจจับขนาดใหญ่กว่า ดังนั้นเครื่องมือของเราน่าจะมีความไวสูง และตรวจจับความเปลี่ยนแปลงของนิวทริโนได้เร็วกว่าดูน" ดร.สกอตกล่าว "การที่โลกมีอุปกรณ์ตรวจจับนิวทริโนทำงานพร้อมกันสองเครื่องนั้นเป็นเรื่องดี เพราะวงการวิทยาศาสตร์จะมีโอกาสเรียนรู้เพิ่มขึ้นมาก แต่ผมอยากจะเป็นคนแรกที่ไขปริศนาได้ก่อนเพื่อน"

อย่างไรก็ตาม ดร.ลินดา เครโมเนซี จากมหาวิทยาลัยควีนแมรีแห่งกรุงลอนดอน (QMUL) ซึ่งเป็นสมาชิกของทีมวิจัยอเมริกันที่ใช้งานอุปกรณ์ "ดูน" บอกว่าการเริ่มเดินเครื่องก่อน อาจไม่ช่วยให้ทีมวิจัยของญี่ปุ่นประสบความสำเร็จเป็นทีมแรกของโลกก็ได้

"การออกตัวเร็วเป็นเพียงองค์ประกอบหนึ่งในการแข่งขันเท่านั้น แต่ Hyper K ยังขาดวัตถุดิบที่จำเป็นอยู่หลายอย่าง ในการทำความเข้าใจปรากฏการณ์ที่ตรวจจับได้ หากนิวทริโนและปฏินิวทริโนเกิดมีพฤติกรรมที่แตกต่างกันขึ้นมาจริง ๆ" ดร.เครโมเนซีกล่าวทิ้งท้าย