อนุภาคผี "นิวทริโน" ไม่สมมาตรกับคู่ปฏิสสาร หลักฐานใหม่ไขปริศนากำเนิดจักรวาล

มีน้อยคนที่จะทราบว่า การที่มนุษย์เราและสิ่งทั้งหลายทั้งปวงเกิดขึ้นและดำรงอยู่ในทุกวันนี้ได้ เพราะมีความไม่สมดุลหรือ "อสมมาตร" (asymmetry) ของสสารในขณะที่เอกภพถือกำเนิดขึ้น ซึ่งความไม่สมดุลนี้ทำให้จักรวาลมีสสารอยู่เต็มแน่นไม่ว่างเปล่า แต่ก็ยังคงเป็นปริศนาในหมู่นักฟิสิกส์อยู่ว่า ภาวะอสมมาตรนี้เกิดขึ้นกับอนุภาคมูลฐานชนิดใดบ้าง

ภาวะอสมมาตรระหว่างสสารและปฏิสสาร (matter-antimatter asymmetry) ถูกนำมาใช้อธิบายปรากฏการณ์ที่เอกภพในปัจจุบันมีสสารอยู่มากกว่าคู่ตรงข้ามของมันคือปฏิสสารอยู่บ่อยครั้ง เนื่องจากเป็นหลักการเดียวที่ให้คำตอบได้ว่า เหตุใดอนุภาคมูลฐานต่าง ๆ ที่ถือกำเนิดขึ้นหลังบิ๊กแบง จึงไม่หักล้างกับอนุภาคคู่ตรงข้ามหรือปฏิสสารของมันเองที่มีอยู่เท่ากันจนหมดสิ้นไปแต่แรก ซึ่งหากเป็นเช่นนั้น เอกภพจะเหลือเพียงความว่างเปล่าและแสงสว่างชั่วขณะ

ล่าสุด ทีมนักฟิสิกส์นานาชาติจากโครงการ T2K Collaboration และเครื่องมือตรวจจับอนุภาคนิวทริโน Super-Kamiokande ของญี่ปุ่น เผยผลการวิเคราะห์ข้อมูลที่รวบรวมมาเกือบสิบปีว่า อนุภาคนิวทริโนเกิดการสั่นและเปลี่ยนสถานะเป็นนิวทริโนต่างชนิด หรือเฟลเวอร์ (flavors) รวมทั้งเปลี่ยนเป็นอนุภาคคู่ตรงข้ามหรือปฏินิวทริโน (anti-neutrino) ในอัตราความเป็นไปได้ที่ไม่เท่ากัน โดยรายงานวิจัยนี้ตีพิมพ์เผยแพร่ในวารสาร Nature ฉบับล่าสุด

ปรากฏการณ์ดังกล่าว ละเมิดกฎเกณฑ์ของฟิสิกส์อนุภาคที่เรียกว่า CP Symmetry หรือความสมมาตรระหว่างประจุคู่ตรงข้ามและความเหมือนหรือเท่าเทียมกันในคุณสมบัติของอนุภาคแต่ละฝ่าย ทั้งสสารและปฏิสสาร

ก่อนหน้านี้มีการค้นพบว่าควาร์ก (quark) อนุภาคที่เป็นองค์ประกอบของโปรตรอนและนิวตรอน มีความไม่สมดุลในการสั่นเปลี่ยนสถานะไปมาระหว่างตัวมันเองและคู่ตรงข้ามคือปฏิควาร์ก (anti-quark) เช่นกัน แต่อสมมาตรของอนุภาคชนิดนี้เพียงอย่างเดียว ไม่เพียงพอที่จะนำไปอธิบายภาวะที่เป็นอยู่ของเอกภพในปัจจุบันได้

ดังนั้น การค้นพบว่านิวทริโนซึ่งเป็นอนุภาคที่มีอยู่จำนวนมหาศาล เกิดการสั่นเปลี่ยนสถานะจากมิวออนนิวทริโน (muon neutrino) กลายเป็นอิเล็กตรอนนิวทริโน (electron neutrino) ซึ่งยังคงนับเป็นสสารอยู่ มากกว่าจะเปลี่ยนสถานะเป็นปฏินิวทริโน (anti-neutrino) หรือปฏิสสาร จึงเป็นหลักฐานที่ช่วยให้แนวคิดเรื่องภาวะอสมมาตรระหว่างสสารและปฏิสสารหนักแน่นสมเหตุสมผลยิ่งขึ้น

อนุภาคนิวทริโนหรือ "อนุภาคผี" (Ghost particle) คืออนุภาคมูลฐานชนิดหนึ่งที่ตรวจจับได้ยาก เนื่องจากมีมวลอยู่น้อยมากเหมือนกับไม่มี สามารถทะลุผ่านวัตถุต่าง ๆ ได้โดยไม่ทำให้เกิดปฏิกิริยาใด ๆ ขึ้นทั้งสิ้น จนเป็นที่มาของฉายาที่ทำให้นึกถึงภูตผีปีศาจนั่นเอง

ตามปกติแล้วอนุภาคนิวทริโนที่พบบนโลกส่วนใหญ่มาจากดวงอาทิตย์ โดยนิวทริโนปริมาณราว 1 แสนล้านอนุภาคเคลื่อนผ่านพื้นที่ขนาดเท่าปลายนิ้วของเราไปในทุกวินาที

นิวทริโนมีอยู่ 3 ชนิดหรือ "เฟลเวอร์" (flavor) ) คือมิวออน เทา และอิเล็กตรอน แต่ละชนิดมีมวลมากน้อยแตกต่างกันไป โดยระหว่างที่เคลื่อนผ่านวัตถุต่าง ๆ นิวทริโนจะเกิดการสั่นจนสามารถเปลี่ยนสถานะไปมาระหว่าง 3 เฟลเวอร์ที่มีอยู่ได้ เปรียบเสมือนไอศกรีมลูกหนึ่งที่มีสามรสชาติอยู่รวมกัน ทั้งช็อกโกแลต วานิลลา และสตรอว์เบอรี โดยสามรสชาตินี้จะปรากฏอยู่เสมอ แต่มีการเปลี่ยนแปลงสัดส่วนของแต่ละรสไปได้เรื่อย ๆ