ห้องทดลองใต้ดินสหรัฐฯ เดินเครื่องตรวจจับ สสารมืด LUX-ZEPLIN ความไวสูงที่สุดในโลก

ผลการทดสอบเดินเครื่องอุปกรณ์ตรวจจับ สสารมืด “ลักซ์-เซปลิน” (LUX-XEPLIN) ซึ่งตั้งอยู่ที่เหมืองทองเก่าลึกลงไปใต้ดิน 1 กิโลเมตร ที่รัฐเซาท์ดาโกตาของสหรัฐฯ พบว่าอุปกรณ์ดังกล่าวมีความไวในการตรวจจับอนุภาคหายากสูงที่สุดในโลก และอาจค้นพบสสารมืดได้ภายในช่วงทศวรรษข้างหน้านี้

เดิมทีอุปกรณ์ตรวจจับสสารมืด “ลักซ์-เซปลิน” หรือ “แอลซี” (LZ) มีกำหนดจะเริ่มเดินเครื่องทำงานในปีที่แล้ว แต่เพราะการระบาดใหญ่ของโรคโควิด-19 ทำให้ต้องเลื่อนกำหนดการออกไป อย่างไรก็ตามในขณะนี้ทีมวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ของสถานีวิจัยใต้ดินแซนฟอร์ด (SURF) ระบุว่าได้ติดตั้งอุปกรณ์ทั้งหมดเสร็จสิ้นและทำการเดินเครื่องทดสอบระยะแรกเรียบร้อยแล้ว

ที่มาของภาพ, SURF

สสารมืด (dark matter) เป็นองค์ประกอบหลักถึง 85% ของสสารทั้งหมดในจักรวาล แม้เราจะยังไม่ทราบว่ามันคืออะไรและซ่อนตัวอยู่ที่ไหนบ้าง แต่นักวิทยาศาสตร์สามารถพิสูจน์ได้ว่าสสารมืดมีอยู่จริง หลังพบว่าแรงโน้มถ่วงของสสารธรรมดาเท่าที่มนุษย์รู้จัก ไม่เพียงพอที่จะรวบรวมวัตถุอวกาศให้เกาะกันเป็นกลุ่มก้อนอย่างกาแล็กซี และไม่เพียงพอที่จะผลักดันดาราจักรให้หมุนในแบบที่เป็นอยู่

นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ในปัจจุบันคาดว่า อนุภาคบางชนิดที่มีมวลมากแต่ทำอันตรกิริยาเพียงอ่อน ๆ กับสิ่งรอบข้างหรือ WIMP คือสสารมืดที่ตามหากันอยู่ โดยเชื่อว่ามีอนุภาคของสสารมืดเคลื่อนผ่านโลกและตัวของเราไปหลายพันล้านอนุภาคในทุกขณะ แต่จะต้องใช้อุปกรณ์ตรวจจับที่มีความละเอียดและความไวสูงยิ่งยวดเท่านั้น จึงจะสามารถค้นพบอนุภาคลึกลับดังกล่าวได้

เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนจากรังสีคอสมิก ฝุ่นละออง และอนุภาคที่ไม่พึงประสงค์อื่น ๆ อุปกรณ์ตรวจจับสสารมืดแอลซีจึงตั้งอยู่ในเหมืองทองเก่าลึกลงไปใต้ดินถึง 1 กิโลเมตร โดยแช่อยู่ในบ่อน้ำกลั่นบริสุทธิ์ขนาดใหญ่อีกชั้นหนึ่ง

ที่มาของภาพ, SURF

ส่วนเซนเซอร์ตรวจจับสสารมืดจะอยู่ภายในถังไทเทเนียม ซึ่งนักวิทยาศาสตร์บรรจุซีนอน (Xenon) บริสุทธิ์ ในสถานะของเหลวที่อุณหภูมิต่ำไว้ 10 ตัน ทำให้ใจกลางของถังไทเทเนียมนี้เป็นพื้นที่ซึ่ง “มีความสะอาดหมดจดปลอดการปนเปื้อนสูงที่สุดในโลกและระบบสุริยะ” ตามคำกล่าวอ้างของทางสถานีวิจัย

เมื่อมีอนุภาคความละเอียดสูงที่น่าจะเป็นสสารมืด หลุดเข้ามาในถังไทเทเนียมดังกล่าว มันจะชนเข้ากับอะตอมของซีนอนจนเกิดแสงสว่างวาบ และปลดปล่อยอิเล็กตรอนออกมาจำนวนหนึ่งก่อนจะเคลื่อนผ่านออกไป ส่วนเซนเซอร์ตรวจจับแสงที่ด้านบนและด้านล่างของถังไทเทเนียมจะบันทึกข้อมูลการชน เพื่อนำไปวิเคราะห์ว่าอนุภาคที่ผ่านเข้ามาใช่สสารมืดหรือไม่

ที่มาของภาพ, SLAC

หากพิสูจน์ได้ว่าแสงสว่างเกิดจากอนุภาคต้องสงสัยชนเข้ากับนิวเคลียสของอะตอมซีนอน โดยไม่ได้ชนปะทะเข้ากับอิเล็กตรอน ก็จะมีความเป็นไปได้สูงว่าอนุภาคนั้นคือสสารมืดนั่นเอง

ทีมนักวิทยาศาสตร์ 250 คน ที่ดูแลอุปกรณ์ตรวจจับสสารมืดแอลซีบอกว่า แม้เครื่องตรวจจับจะมีความไวและประสิทธิภาพสูง แต่พวกเขาคาดว่าจะได้เห็นสัญญาณของอนุภาคต้องสงสัยผ่านเข้ามาเพียงปีละ 2-3 ครั้งเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ทีมผู้วิจัยหวังว่าจะได้ข้อมูลจากการตรวจจับเพิ่มขึ้น 20 เท่า ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

ที่มาของภาพ, SURF

ดร. ฮิวจ์ ลิปปินคอตต์ นักฟิสิกส์และโฆษกของทีมผู้วิจัย กล่าวในการแถลงข่าวเมื่อวันที่ 7 ก.ค. ที่ผ่านมาว่า “โอกาสที่เราจะค้นพบสสารมืดด้วยอุปกรณ์ตัวนี้ อาจจะต่ำกว่า 50% แต่อย่างน้อยโอกาสที่จะทำได้สำเร็จก็ยังมีอยู่สูงกว่า 10%”

ดร. แอรอน มานาเลย์ซาย ผู้ประสานงานของโครงการวิจัยกล่าวเสริมว่า “หากไม่มีสสารมืด ทุกสิ่งในจักรวาลจะแยกตัวหนีห่างออกจากกัน จะไม่มีกาแล็กซี ไม่มีโลก และไม่มีเรา มันเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำความเข้าใจประวัติศาสตร์และวิวัฒนาการของเอกภพ หากเราไม่พยายามไขปริศนาเกี่ยวกับสสารมืดเสียก่อน”

………..

ข่าว บีบีซี ไทย ที่เผยแพร่ในเว็บไซต์ ประชาชาติธุรกิจ เป็นความร่วมมือของสององค์กรข่าว