นิวทริโน อนุภาคข้ามจักรวาล ผ่าทะลุโลก : Neutrino [หน้า 1/2]

นิวทริโน อนุภาคข้ามจักรวาล ผ่าทะลุโลก : Neutrino [หน้า 1/2]

มีที่มาจากสุดขอบฟ้า ในพื้นที่อันกว้างไกล โดย Neutrino จะบินวนเวียนไปทั่ว ถือว่าเป็น อนุภาคสามัญของจักรวาล ที่มีคุณสมบัติ ในความหลายหลาย ต่อการ เปลี่ยนรูปลักษณะ (Metamorphose) ในขณะวิ่งผ่านเข้ามาสู่บรรยากาศโลก แต่ ไม่สามารถจะตรวจจับได้ง่ายๆ ความมหัศจรรย์ สามารถวิ่งผ่าน มวลสสารที่หนาแน่นมากๆได้ ไม่เพียงแต่กำแพง เหล็กหนาหลายฟุต หรือวิ่งผ่านทะลุโลกได้เท่านั้น ยังสามารถวิ่งผ่านไส้แกนกลาง (Core) ของดาวที่มีความร้อนสูง ได้อย่างไม่สะทกสะท้านแม้แต่น้อย แม้ขณะนี้ ทุกๆวินาที Neutrinos กำลังวิ่งผ่านตัวของเราเองอย่างมหาศาล บนร่าง กายเราถูก Neutrinos วิ่งผ่านไปนั้น มีจำนวนพันอนุภาคต่อพื้นผิว 1 ตร.ซม. และ หลังจากวิ่งผ่านตัวเราไปแล้ว ก็จะทะลุลงพื้นโลกไปโผล่อีกด้าน ยังวิ่งต่อไปยัง ขอบจักรวาลอย่างไม่หยุดยั้ง

Neutrino สามารถวิ่งผ่านไส้แกนกลาง ของดาวที่มีความร้อนสูง

Neutrinos มี 3 แบบ เรียกว่า Flavors ซึ่งเกิดจากการปรุงแต่ง

จากจิตนาการของนักวิทยาศาสตร์ จนพบความจริง เดิมทีเกิดจาก จิตนาการของนักวิทยาศาสตร์ คิดว่า Neutrino คืออนุภาคที่เกิด ขึ้นจากการสลายตัว ของธาตุกัมมันตรังสี (Decay of radioactive elements) และอนุภาคธาตุ ชั้นมูลฐาน (Elementary) โดยขาดแคลนประจุไฟฟ้า มีปริมาตร เล็กจิ๋ว เป็นประเภท Sub-atomic (อนุภาคย่อยของ อะตอม) ทั้งหมดเป็น High-energy particles (อนุภาคพลังงานสูง) และจะอ่อนแอเมื่อมี ปฎิกิริยาต่อกัน โดยมีข้อมูลเชื่อว่า Neutrinos มาจากระยะไกลจากขอบจักรวาล หรืออาจจะมาจากภายในของวัตถุในจักรวาล เช่น ดาวที่กำลังระเบิดพังทะลาย เกิดความปั่นป่วนอย่างรุนแรงคล้ายกลียุค จนเกิดพัฒนาการ High-energy ขึ้น มีความมากมาย เกิดจากผลิตผล โดยการชนปะทะของพลังงานสูง (High-energy collisions) เหล่านั้นเกิดขึ้นด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง วิ่งเป็นเส้นตรงภายใต้สนาม แม่เหล็กสู่โลก แต่จะเกิดการอ่อนแอเมื่อ ปฎิสัมพันธ์กับแรงธรรมชาติ (Nature's forces) เช่น แรงโน้มถ่วง ดังนั้นสาระสำคัญ คือไม่ดูดซับสิ่งใดๆ ขณะที่วิ่งท่องไปมาในจักรวาล จึงมีความ บริสุทธิ์ที่จะตรวจหาขยายผล สืบค้นย้อนกลับไปยังต้นกำเนิดต่างๆได้ มีความเด่น ชัด ที่จะเป็นรากฐานและประโยชน์ ทางจักรวาลวิทยา เพื่อหาหนทางค้นสิ่งต่างใน จักรวาลได้ สำหรับคำว่า Neutrino เกิดจากการประดิษฐ์คำ ของนักฟิสิกส์ชาวอิตาเลียนชื่อ Enrico Fermi ซึ่งตรงกับ Neutrone (Neutron คือ อนุภาคของนิวเคลียส) ใน ภาษาอิตาเลียน ประเภทของ Neutrinos โดยกฎเกณฑ์วิทยาศาสตร์ นอกจาก Neutrino มีพฤติกรรมความโดดเดี่ยวแล้ว ยังมีลักษณะพิเศษอื่นๆอีก คือ มีความเก่งกาจและแปลกประหลาด ในการเปลี่ยนแปลงลักษณะของตนเอง (Metamorphose) ดังนั้น Neutrino ไม่เหมือนกับอนุภาคประเภทอื่น จากเปลี่ยนแปลงตัวเองขณะ วิ่งผ่านในพื้นที่อวกาศ โดยจะไม่ปฏิสัมพันธ์ Strong nuclear force (นิวเคลียร์ ชนิดเข้ม) หรือกับ Electromagnetic force (แรงแม่เหล็กไฟฟ้า) แต่จะมีปฏิสัมพันธ์กับ Weak nuclear force (แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน) และมี ปฏิสัมพันธ์กับ Force of gravity (แรงความโน้มถ่วง) Neutrino จึงมี 3 แบบ เรียกว่า Flavors (การปรุงแต่ง) คือ Electron neutrino, Muon neutrino, Tau neutrino แต่ละชนิดมี Anti-neutrino (ปฏิสสาร) ของ Neutrino ด้วย โดยความในใจ นักวิทยาศาสตร์ไม่ต้องการเห็น ปฎิกิริยาเปลี่ยนแปลงนั้นๆ เพราะ ต้องการทราบต้นตอแท้ๆ ของ Neutrino เพื่อการค้นหาย้อนลงไปว่าแท้จริงแล้ว ก่อตัวขึ้นมาจากสิ่งใด ที่ใด

ครั้งแรกเมื่อ 23 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1987 ตรวจพบ Neutrino บริเวณ SN 1987A Supernova จาก การระเบิด มีพลังงานเทียบเท่า ดวงอาทิตย์ 100 ล้านดวง มีระยะทางห่างจากโลก 168,000 ปีแสง

เหตุผลความสำคัญของ Neutrino เพิ่มน้ำหนักขึ้น เดิมทีนักวิทยาศาสตร์ ได้มีทฤษฎีเกี่ยวกับ Neutrino ตั้งแต่ ค.ศ.1930 เสนอไว้ โดย Wolfgang Pauli และได้สำรวจพบ Neutrinos เมื่อ ค.ศ. 1956 เป็นครั้งแรก โดย Clyde Cowan และ Frederick Reines ต่อมา Leon Lederman, Melvin Schwartz และ Jack Steinberger ได้บันทึกการสำรวจพบอีก ใน ค.ศ. 1962 มีการศึกษาค้นคว้าเรื่อยมา โดย Raymond Davis (Physics and Astronomy, University of Pennsylvania, USA.) และ Masatoshi Koshiba(Elementary Particle Physics, University of Tokyo, Japan) พร้อมกับ Riccardo Giacconi (Associated Universities Inc.,USA) จนเกิดความสำคัญขึ้น เมื่อได้บรรลุเป้า หมายจากการตรวจจับ Neutrino ได้จาก ดวงอาทิตย์ และจากการระเบิดขึ้นของ Supernovas (อภิมหานิวเคลียร์จักรวาล) ในปี ค.ศ.1987 กระทั่ง ในปี ค.ศ. 2002 ทั้งหมดได้รับรางวัล The Nobel Prize in Physics 2002 ในฐานะเป็นผู้บุกเบิกการสำรวจ ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ด้าน Cosmic X-ray sources จากผลงานดังกล่าวนั้น อย่างน้อย โดยเฉพาะการสำรวจ ทดลองพฤติกรรมแท้จริงแห่งแรง ช่วยให้เป็น การรวบรวมความสำคัญของ Neutrino ต่อวิทยาศาสตร์แขนงใหม่ แห่งอนาคต คือ Neutrino Astronomy (ดาราศาสตร์นิวทริโน) ในอนาคต Neutrino อาจมีการแบ่งลำดับชั้นในทฤษฎีใหม่ เพื่อจะใช้เป็นเครื่อง มือหาหนทาง ศึกษาอนุภาคต่างๆในจักรวาล จากการเพิ่มเติมต่อ คุณสมบัติของ ความหลากหลายจาก Neutrino ซึ่งอาจมีหลายประเภท หลบซ่อนอย่างลึกลับ ในจักรวาล ทศวรรษหน้า นักดาราศาสตร์จะพบภาพที่น่าตื่นเต้น โดย Neutrino telescopes (กล้องโทรทรรศน์นิวทริโน) โดยออกแบบสำหรับการมองเห็น Neutrino จาก ดวงอาทิตย์กำลังพุ่งเข้าหาโลกอย่างไม่ละเว้น หรืออาจมองเห็นภาพ Neutrino จากพื้นที่ต่างๆในอวกาศ ที่กำลังหลั่งไหลลงมา

ANTARES ชื่อของ Neutrino telescope ก่อสร้างใต้ทะเล Mediterranean ลึกลงไป 2.5 กม. บริเวณใกล้ชายฝั่ง Toulon ประเทศฝรั่งเศล จะแล้วเสร็จราวปี ค.ศ. 2015

ANTARES ต่างจากกล้องทั่วไปเพราะ ขณะที่ Neutrino วิ่งปะทะกับน้ำ จะเกิดปฎิกิริยาทำให้ ตรวจจับค่าพลังงาน และเห็นได้

แหล่งกำเนิดของ Neutrinos แน่นอนว่า มีแหล่งกำเนิดจากจักรวาล แต่ยากที่จะบอกว่าแท้จริงมาจากไหน การ ไหลหลั่งของ Neutrino เหนือชั้นบรรยากาศโลก แม้มีจำนวนมากเหมือนกระแส น้ำทะลักไม่ขาดสาย การตรวจจับนั้นยาก Neutrino คล้ายเป็นแสงประหลาด ที่มนุษย์มองไม่เห็น การศึกษาดวงอาทิตย์ พบว่าเราสามารถมองเห็น แสงเหนือพื้นผิวดวงอาทิตย์ได้ จากการลุกไหม้ของ ก๊าซ ที่เป็นเปลวไฟโชติช่วง นับหลายพันกิโลเมตร โดยความเป็นจริงแสงมิได้เกิดขึ้น เหนือพื้นผิวดวงอาทิตย์เท่านั้น แต่ยังมีการเกิด พลังงานแสงจากการ หลอมละลายภายใน ไส้แกนของดวงอาทิตย์ ตลอดเวลา โดยแสงดูดกลืนและปลดปล่อย ย้อนกลับไปกลับมา เกิดขึ้นนับพันล้านล้านครั้ง บนชั้นของก๊าซตลอดเวลา ทางตรงกันข้ามการค้นหา Neutrino บนดวงอาทิตย์ ด้วยการตรวจสอบเข้าไป ยังจุดศูนย์กลาง เครื่องจักรการหลอมละลาย (Central fusion engine) ของ ดวงอาทิตย์ มีความร้อนสูงมาก มีปริมาตรเป็นพื้นที่ 1% ของดวงอาทิตย์ทั้งดวง ทำให้ทราบว่าเป็นแหล่งที่เนรมิตให้ Neutrinos ผ่านออกมาสู่ชั้นนอกไปยังพื้นที่ ในอวกาศที่ว่างเปล่า การตรวจสอบเข้าไปยัง ส่วนลึกของ Supernovas (อภิมหานิวเคลียร์จักรวาล) ซึ่งเป็นการระเบิดของดาว ที่กำลังพังทะลายลงนั้น ขณะที่รังสี Gamma ระเบิด หรือเกิดการหมุน เป็นวังวนอย่างรุนแรงโดยรอบ และจากแผ่นจาน ของหลุมดำ มวลใหญ่ยักษ์ (Supermassive black holes) เป็นแหล่งที่อาจพบ Neutrino ผ่านออกมา โดยทั้งสองกรณีอย่างน้อย ได้มีการสำรวจตรวจสอบในระดับหนึ่ง ส่วนสิ่งที่ยังไม่ สามารถกล่าวถึงได้คือ ยังมีวัตถุในจักรวาลอีกเป็นจำนวนมาก ยังไม่มีการสังเกต ติดตามในเรื่องนี้ ซึ่งอาจจะเป็นแหล่งที่สร้างสรร Neutrino ได้อีกเช่นกัน บนพื้นโลกพบว่า Neutrino เกิดขึ้นจากฝีมือมนุษย์ จากกรณี เครื่องปฏิกรณ์นิว- เคลียร์ จากเครื่องเร่งอนุภาค และปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นจากระเบิดนิวเคลียร์ วันนี้ นักวิทยาศาสตร์รู้ว่า Neutrinos เกิดขึ้น และล่องลอยวิ่งวนเวียน ทั่วไปทั้ง จักรวาล ราว 15 พันล้านปี ซึ่งถือกำเนิดหลังจาก การปรากฎขึ้นของจักรวาล และการวิวัฒน์อย่างสืบเนื่องของจักรวาล (A Process of cosmic evolution) ไม่นานนัก ที่ผ่านมาจักรวาลค่อยๆเย็นลง พร้อมกับขยายตัวขึ้น Neutrinos จึง เริ่มผุดขึ้น ทางทฤษฎี Neutrino ถือว่าเป็นรากฐานองค์ประกอบ The cosmic neutrino background (CνB) หรือ การแผ่คลื่นรังสีนิวทริโนบนพื้นหลังของจักรวาล ในระดับ อุณหภูมิ 1.9 Kelvin (-271.2 องศา C) ซึ่งมีความคล้ายกับ Cosmic background radiation (การแผ่คลื่นรังสีบนพื้นหลังของจักรวาล)

เห็นได้ว่า ทางเทคนิคช่วยให้เห็น ดวงอาทิตย์ต่างกันไป จากแต่ละคลื่นความถี่แสง

Solar neutrino (ภาพดวงอาทิตย์ แบบนิวทริโน)

การค้นหา Neutrino เนื่องจากมีขนาดจิ๋วเล็กกว่าอะตอม มีคุณสมบัติเหมือนล่องหน ยิ่งทำให้เข้าใจยาก การอธิบายเชิงฟิสิกส์ Neutrino คือ อนุภาคมูลฐานซึ่งมีมวลน้อยมากและเคลื่อน ตัวด้วยความเร็ว เกือบเท่าแสง และขาดแคลนประจุไฟฟ้า (โดยมีประจุไฟฟ้าเป็น กลาง) ซึ่งทำให้มีภูมิคุ้มกัน ไม่มีสื่อต่อประจุไฟฟ้าและแรงแม่เหล็กไฟฟ้า Neutrinos มีส่วนใน Weak nuclear force (แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน) ซึ่ง จากต้น เหตุของ Radioactive beta decay (การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี แบบเบต้า) และการหลอมละลายนิวเคลียส (Nuclear fusion) ของธาตุหนัก แต่สำหรับคำว่า แรง (Force) ของ Neutrinos เป็นเพียงชื่อในความคิดเพราะอ่อน กำลัง ยกเว้นว่ามีแรงเพียงในระยะสั้นๆ ในความเป็นจริง Neutrino เกือบจะไม่มี ปฎิสัมพันธ์กับอนุภาคอื่นๆ การตรวจหา Neutrinos ทางฟิสิกส์และทางดาราศาสตร์ จำเป็นต้องค้นหามวลที่ ขนาดใหญ่ เพื่อพิจารณาการแกว่งไกว (Oscillating) ของสนามแม่เหล็ก ซึ่งเป็น ลำดับชั้นการเกิดขึ้นของ Neutrino ถ้า Cosmic neutrino (ความไพศาลของนิวทริโน) โดยรวม มีพลังงาน Cosmic ray (รังสีจักรวาล) ซึ่งมีพลังสูงหลั่งไหลโจมตีเข้าสู่โลก กระทบกับอะตอมหรือ โมเลกุลในบรรยากาศโลก แสดงขนาดมีขอบเขตนับเป็นลูกบาศก์กิโลเมตร จึง พอสามารถตรวจสอบ ตรวจจับ เป็นตัวอย่างได้ หลักเกณฑ์อื่น สำหรับ Sterile-neutrino (นิวทริโนบริสุทธิ์) จำเป็นต้องรอคอย การตรวจจับ Neutrino โดยปราศจาก Weak force (แรงอย่างอ่อน) หรือ Force of gravity (แรงโน้มถ่วง) จึงจะสามารถอธิบายได้ ด้วยเหตุผล Sterile-neutrino นั้นปราศจากการปนเปื้อนอนุภาคอื่นใดๆ ทั้งหมด มาจากแดนไกล สามารถนำมาวิเคราะห์ขยายผล เส้นทางในอดีตของจักรวาล อย่างน้อยที่สุดในขณะนี้ การระเบิดของดาวที่กำลังหมดอายุขัย (Supernovas) มีราว 40 แห่ง ในบริเวณทางช้างเผือก ซึ่งมี Sterile-neutrino วิ่งผ่านออกมาให้ ตรวจจับได้ เมื่อเครื่องมือการดักจับ มีเทคโนโลยี่ความพร้อมมากขึ้นในอนาคต นักวิทยาศาสตร์บางกลุ่ม ได้แสดงความเห็น ต่อนักวิทยาศาสตร์ ที่มีความคิดว่า Neutrinos มีอำนาจช่วยปรุงแต่ง ความลึกลับของ สสารมืด (Dark matter) ใน จักรวาลว่าแนวคิดดังกล่าว น่าจะไม่ถูกต้องนัก เหตุผลเพราะ Neutrinos มีอยู่และเกิดขึ้นทั้งหมด นั้นมีน้ำหนักเบา (Lightweight) มีลำดับของมวลเพียง 1 ในล้าน ซึ่งเป็นการที่ยังยึดถือ สิ่งที่ยังไม่ได้สำรวจแน่ชัด แน่นอนว่า Sterile-neutrino (นิวทริโนบริสุทธิ์) มีอยู่จากเหตุผลเพราะ พฤติกรรม ของ Neutrino ไม่ตอบสนองต่อแรง ซึ่งก็อาจจะยังมีเงื่อนงำอยู่ เพื่อให้มีคำตอบ ที่แน่ชัดจำเป็นต้องตรวจจับ Sterile-neutrino ให้บรรลุผลก่อน

The Cosmic Microwave Background ในระดับอุณหภูมิ 2.725 Kelvin (-273.15 องศา C)