ปฏิสสาร-Antimatter สสารให้กำเนิดโลกและจักรวาล

Mon, Oct 12, 2009

สวัสดีท่านผู้อ่านที่เคารพทุกท่านครับ ช่วงที่ผ่านมาผมพึ่งได้ดูหนังฝรั่งเรื่องนึงครับ เรื่อง “เทวากับซาตาน” (Angels & Demons) ที่สร้างขึ้นโดยอิงจากนิยายแนวระทึกขวัญของ “แดน บราวน์” (Dan Brown) ที่ล้วงลึกข้อมูลภายในของ “วาติกัน” ผู้นำแห่งคริสตจักร และ “เซิร์น” (องค์กรความร่วมมือระหว่างประเทศในทวีปยุโรปเพื่อวิจัยและพัฒนาทางด้านนิวเคลียร์ – European Center for Nuclear Research : CERN) ผู้นำแห่งโลกวิทยาศาสตร์ ซึ่งทั้ง 2 องค์กร มีความเชื่อในจุดกำเนิดจักรวาลที่ต่างกันคนละขั้ว

สิ่งที่ฝ่ายวิทยาศาสตร์ได้สร้างขึ้น เพื่อค้นหาต้นตอแห่งจุดกำเนิดของจักรวาลนั่นก็คือ “ปฏิสสาร” (antimatter) โดยห้องแล็บของเซิร์นในภาพยนตร์ได้สร้างปฎิสสารมากถึง 1 กรัม ซึ่งมีความร้ายแรงเทียบเท่าระเบิดไดนาไมต์ 5,000 ตัน นับว่ามากเพียงพอที่จะทำให้กลุ่มองค์กรลับนามว่า “อิลูมิเนติ” (Illuminati) นำมาใช้ข่มขู่ระหว่างการเลือกตั้งพระสันตปาปาองค์ใหม่ เพื่อทำลายล้างให้นครวาติกันหายไปในพริบตา

คราวนี้เราลองมาดูกันว่าปฏิสสารตัว (Antimatter) นี้มันเป็นยังไง

ระเบิด Antimatter 1 ปอนด์ มีผลทำลายล้างเท่ากับระเบิด TNT 19 เมกะตัน
Antimatter ต้องเก็บอยู่ในสภาพสุญญากาศอย่างสมบูรณ์ ห้ามไม่ให้มันไปสัมผัสกับพื้นผิวของกล่องที่ใส่ ไม่งั้น ตูม!
ในเรื่อง ระเบิด Antimatter ถูกขโมยมาจาก CERN (ผู้สร้างเครื่อง LHC) ในความเป็นจริง CERN มี Antimatter อยู่จริงๆ ซะงั้น แต่มีอยู่ในปริมาณระดับเศษเสี้ยวธุลี คนของ CERN บอกว่าถ้าเอาปริมาณ Antimatter ที่ CERN ผลิตขึ้นได้ในรอบ 30 ปีมารวมกัน มันจะได้แค่ 1 ในหมื่นล้าน กรัมเท่านั้น
ถ้า Antimatter ปริมาณที่มีอยู่ระเบิดบนนิ้วของคุณ จะอารมณ์ประมาณจุดไม้ขีด ไม่แรงไปกว่านั้น
CERN ชี้แจงบนเว็บไซต์ว่าอย่ากลัว มันต้องใช้เวลาเป็นพันๆ ล้านปีในการสร้างระเบิด Antimatter ที่มีพลังทำลายล้างเท่ากับนิวเคลียร์ในปัจจุบัน
วิธีการสร้าง Antimatter ในปัจจุบันคือยิงรังสีอานุภาพพลังงานสูงเข้าไปชนเป้าหมาย (ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำอยู่ใน LHC) แต่หลายหน่วยงาน เช่น NASA ก็กำลังคิดวิธีใหม่ๆ อยู่เช่นกัน
NASA ประเมินว่าค่าใช้จ่ายในการผลิต Antimatter 1 ไมโครกรัมอยู่ที่ 62.5 ล้านดอลลาร์
แต่ถ้ามีโรงงานผลิตอย่างเป็นเรื่องเป็นราว อาจลดค่าใช้จ่ายลงมาเหลือ 25,000 ดอลลาร์ต่อไมโครกรัม แต่ค่าโรงงานนี่ 3,000-10,000 ล้านดอลลาร์

แต่ในความเป็นจริงนั้น “คงต้องใช้เวลาอีกหลายพันล้านปี กว่าที่มนุษย์จะผลิตปฏิสสารได้มากเท่าที่ปรากฎในภาพยนตร์” บอริส เคย์เซอร์ (Boris Kayser) นักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการเครื่องเร่งอนุภาคเฟอร์มิแห่งสหรัฐฯ (Fermi National Accelerator Laboratory) หรือเฟอร์มิแล็บ (Fermi Lab) กล่าว

แล้ว ปฏิสสาร (antimatter) คืออะไร

ปฏิสสาร เป็นสสารที่ประกอบด้วยคู่ของอนุภาค (particles) กับปฏิอนุภาค (antiparticles) ซึ่งมีมวลเท่ากันแต่มีคุณสมบัติอย่างอื่นของอะตอมตรงข้ามกัน ได้แก่ การหมุน (spin) และประจุ (charge) เมื่อวัตถุตรงกันข้ามทั้งสองชนิดนี้มารวมกัน จะเกิดการทำลายกัน (annihilation) พร้อมทั้งให้พลังงานปริมาณมากออกมาตามสมการของไอน์สไตน์ E = mc2

มีการใช้ปฏิสสารกันแล้วในทางการแพทย์โดยใช้ในงานรังสีวินิจฉัย เรียกว่า positron emission tomography (PET) แต่การจะนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงนั้นยังมีอยู่แต่เพียงในนิยายวิทยาศาสตร์
ปัญหาของการใช้ปฏิสสารคือ การที่วัสดุชนิดนี้มีอยู่น้อยมากในจักรวาล การผลิตสามารถทำได้แต่เพียงในห้องปฏิบัติการ ซึ่งมีปริมาณน้อยมากและมีค่าใช้จ่ายสูง ถ้าแก้ปัญหาในเรื่องการผลิตไปได้ ก็ยังคงมีปัญหาว่าจะเก็บไว้ได้อย่างไรกับสิ่งที่จะเกิดปฏิกิริยาการทำลาย เมื่อสัมผัสกับสิ่งอื่น รวมทั้งการควบคุมพลังงานที่เกิดขึ้นว่าจะทำอย่างไร – ข้อมูลจากสมาคมนิวเคลียแห่งประเทศไทย

ภาพด้านบนคือเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี (Large Hadron Collider: LHC)

บทความจากนิตยสาร Popular Machenic อธิบายโดยอาศัยคำสัมภาษณ์ของลันดัวว่า ทฤษฎีเรื่องปฏิสสารเริ่มพูดถึงเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ.2471 ปฏิสสารเป็นภาพสะท้อนกลับด้านของสสารที่พบทุกวันนี้ภายในอะตอม เรียกได้ว่าเมื่อมีสสารก็ย่อมต้องมีปฎิสสาร เป็นการสร้างความสมดุลของธรรมชาติ

ภาพด้านบนคือเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี (Large Hadron Collider: LHC)
ต่อมาเมื่อนักวิทยาศาสตร์สร้าง “แอนติอิเล็กตรอน” (anti-electron) คู่ตรงข้ามกับอิเล็กตรอนในปี พ.ศ.2475 และ “แอนติโปรตอน” (anti-proton) ได้ในปี 2498 ก็เท่ากับยืนยันทฤษฎีดังกล่าว

อย่างไรก็ดี ปฏิสสารเพิ่งจะถูกสร้างขึ้นครั้งแรกในปี 2538 แต่ไม่ใช่ที่ห้องปฏิบัติการของเซิร์นตามแบบในภาพยนตร์ ซึ่งเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี (Large Hadron Collider: LHC) ที่เป็นห้องทดลองสำคัญ ที่ทำให้อนุภาคชนกัน จนได้ปฏิสสารออกมาอย่างที่เห็นในภาพยนตร์นั้น ณ ปัจจุบันยังไม่ได้มีการทดลองจริงแต่อย่างใด มีแค่เพียงการทดสอบเดินเครื่องไปเมื่อช่วงเดือน ก.ย.ของปีที่ผ่านมา

อีกทั้ง ในทางทฤษฎีแล้ว ควรมีปริมาณปฏิสสารพอๆ กับสสารที่เกิดจากระเบิด “บิกแบง” (Big Bang) เมื่อ 1.37 หมื่นล้านปีมาแล้ว และที่น่าสนใจ คือ สสารกับปฏิสสารต่างทำลายล้างซึ่งกันและกัน แต่เหตุใดจึงมีสสารออกมาในรูปของดวงดาว ดาวเคราะห์และผู้คนอยู่เต็มไปหมดในเอกภพ นั่นคือหนึ่งในความลึกลับของจักรวาลวิทยา

ในชีวิตจริง เราพบปฏิสสารได้เพียงในห้องปฏิบัติการ และกรณีที่รังสีคอสมิคพุ่งเข้าชนชั้นบรรยากาศ แล้วปลดปล่อยปรากฏการณ์แปลกประหลาดทางฟิสิกส์ในช่วงเวลาสั้นๆ ซึ่งพบเห็นได้ยาก

ส่วนที่เซิร์นนั้น ลำรังสีพลังงานสูงของอนุภาคโปรตอนจะถูกยิงเข้าไปยังกำแพงโลหะเพื่อผลิตปฏิสสาร ซึ่งมีโอกาสเกิดขึ้นได้ประมาณ 1 ในล้านครั้งของการชน แม่เหล็กอันสลับซับซ้อนจะดักจับสิ่งที่ยากจะพบในสภาพสุญญากาศ เพื่อป้องกันการสัมผัสกับสสารจริง

ภาพด้านบนคือ เครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี (Large Hadron Collider: LHC)ขณะทำการปรับแต่ง

สำหรับการเก็บปฏิสสารไว้ภายในอุปกรณ์ เหมือนขวดแม่เหล็กรักษาอุณหภูมิตามที่เห็นในภาพยนตร์นั้น นักวิทยาศาสตร์จากเซิร์นเปิดเผยว่า พวกเขามีอุปกรณ์หน้าตาคล้ายๆ กันนี้เรียกว่า “กับดักเพนนิง” (Penning Trap) เพื่อเก็บแอนตีโปรตอนไว้ศึกษา 57 วัน แต่การขนย้ายปฏิสสารนั้น แม้ว่าในทางทฤษฎีจะเป็นไปได้ แต่ยังไม่มีการขนย้ายในโลกแห่งความจริง

http://img.spacethai.net/images/penning.jpg

"กับดักเพนนิง" (Penning Trap) สำหรับเก็บปฏิสสาร

ภาพด้านบนคือ องค์กรความร่วมมือระหว่างประเทศในทวีปยุโรปเพื่อวิจัยและพัฒนาทางด้านนิวเคลียร์ – European Center for Nuclear Research : CERN
ที่สำคัญ บรรดานักวิทยาศาสตร์ยังคาดหวังว่า เครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี ที่ขดเป็นวงกลมยาว 27 กิโลเมตรอยู่ใต้ดินบริเวณชายแดนสวิตเซอร์แลนด์และฝรั่งเศสนั้น จะเป็นเครื่องมือที่ยืนยันการมีอยู่จริงของอนุภาค “ฮิกก์โบซอน” (Higgs Boson) หรือ “อนุภาคพระเจ้า” (God particle) ซึ่งเป็นอนุภาคที่จะอธิบายว่าสสารมีมวลได้อย่างไร ซึ่ง ลีออน เลเดอร์แมน (Leon Lederman) อดีตผู้อำนวยการของเฟอร์มิแล็บและผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์เมื่อปี 2531 เป็นผู้หนึ่งที่มีความหวังต่อเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี

“อนุภาคพระเจ้า (ในบทภาพยนตร์ของไทยแปลว่า “เถ้าธุลีพระเจ้า”) จะให้คำอธิบายได้ถึงการไม่ปรากฏของปฏิสสารในเอกภพนี้” เลเดอร์แมนกล่าว