การทดลองที่ค้นหาวิธีแก้ปัญหาของหนึ่งในความลึกลับที่น่างงงวยที่สุดของฟิสิกส์เพิ่งให้ผลลัพธ์รอบแรกเมื่อไม่นานมานี้ โดยได้กำหนดขีดจำกัดใหม่เกี่ยวกับจุดที่เราต้องค้นหาหลักฐาน
ตามความเข้าใจฟิสิกส์ของเราในปัจจุบัน สสารไม่ควรมีอยู่จริง ความจริงแล้วมันหมายความว่ามีบางอย่างผิดปกติในสมการของเรา และนักวิทยาศาสตร์ก็ต้องใช้ความพยายามอย่างมากเพื่อตัดสินว่าสิ่งนั้นคืออะไร
ขณะนี้มีการทดลองสำคัญสี่ครั้งทั่วโลกที่กำลังดำเนินการ เพื่อค้นหาสัญญาณของอนุภาคที่แทบจะตรวจไม่พบซึ่งอยู่ระหว่างการเปลี่ยนแปลงที่หายากอย่างน่าขัน
เพื่อให้เข้าใจว่าเหตุใดจึงคุ้มค่ากับความพยายาม เราต้องย้อนกลับไปที่จุดเริ่มต้นของทุกสิ่ง เมื่ออนุภาคย่อยของอะตอมเย็นลงจากการแผ่รังสีที่ประกอบเป็นพริบตาแรกของจักรวาล พวกมันจึงเกิดรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งจากสองรูปแบบ – สิ่งที่เราอธิบายว่าเป็นเรื่องสำคัญ และปฏิสสาร-
ปัญหาคือ วัตถุที่อยู่ตรงข้ามกับกระจกเหล่านี้จะหักล้างกันในทันทีเมื่อมีพลังงานมาพบกันอีกครั้ง หากอนุภาคทั้งสองประเภทถูกสร้างขึ้นติดกันในปริมาณเท่ากัน คณิตศาสตร์อย่างง่ายกล่าวไว้เราไม่ควรจะเหลืออะไรเลย-
แม้ว่าสารปฏิสสารจะยังคงค้างอยู่ประมาณ 13.8 พันล้านปีหลังจากการทำลายล้างครั้งใหญ่ครั้งนั้น วัตถุที่มองเห็นได้ส่วนใหญ่นั้นถูกสร้างขึ้นจากอนุภาคเพียงชนิดเดียว นั่นก็คือ สสาร เห็นได้ชัดว่าผลรวมออกมาแล้ว ซึ่งน่าจะอยู่ระหว่างการสร้างอนุภาคและการยกเลิกอนุภาค
อนุภาคชนิดหนึ่งที่เรียกว่านิวตริโนเสนอคำตอบที่เป็นไปได้สำหรับความขัดแย้งนี้
ตามชื่อบ่งบอกว่านิวตริโนมีประจุเป็นกลาง และความจริงที่ว่าพวกมันเบากว่าอิเล็กตรอนเป็นล้านเท่า หมายความว่าพวกมันแทบจะไม่มีปฏิกิริยากับอนุภาคอื่นเลย
แต่คุณสมบัติแปลก ๆ ของ 'อนุภาคผี' เหล่านี้ยังหมายความว่ามีความเป็นไปได้ที่นิวทริโนจะเป็นสสารและปฏิสสารในหนึ่งเดียว ซึ่งเป็นรูปแบบกระจกเงาของตัวเอง
หากสามารถแสดงให้เห็นว่าเป็นความจริงได้ เส้นทางจะเปิดขึ้นเพื่ออธิบายว่าทำไมจักรวาลของเราจึงไม่ยกเลิกตัวเองในทันที
วิธีหนึ่งในการค้นหาคือการมองหาการอนุรักษ์เลขควอนตัมเฉพาะเมื่อคู่นิวตรอนสลายตัวภายในไอโซโทปบางชนิด อนุภาคที่เกิดจากการสลายตัวนี้ควรจะรวมกันได้เท่ากับเลขเลปตัน หาก +1 ออกมา ก็ควรปรากฏ -1 ด้วยเช่นกัน
ในไอโซโทปที่นิวตรอนคู่หนึ่งกลายเป็นโปรตอนคู่ เราสามารถคาดหวังได้ว่าจะมีอิเล็กตรอนสองตัวและนิวตริโนสองตัว เนื่องจากนิวตริโนควรมีเลขเลปตันตรงข้ามกับอิเล็กตรอน เราจึงเรียกความหลากหลายนี้ว่าแอนตินิวตริโน
ในกรณีที่ไม่น่าเป็นไปได้แต่น่าตื่นเต้นหากไม่เห็นแอนตินิวตริโนเหล่านั้น กฎเลขเลปตันคงจะเสียหาย นี่จะทำให้เรามีช่องว่างในการสำรวจวิธีการนิวตริโนพฤติกรรมอาจนำไปสู่เรื่องประเภทหนึ่งที่ครอบงำอีกเรื่องหนึ่ง
ทั้งหมดนี้เป็นสิ่งที่ดีบนกระดาษ แต่จำไว้ว่านิวตริโนไม่ได้มาถึงโดยโบกธงสีแดงอย่างแน่นอน ซึ่งเป็นที่มาของการทดลองทั้งสี่นี้
ที่หอดูดาวใต้ดินไครโอเจนิกสำหรับเหตุการณ์ที่หายาก(CUORE) ที่ห้องปฏิบัติการ Gran Sasso ในอิตาลีอาศัยแสงแฟลชบอกเล่าในผลึกเทลลูเรียมไดออกไซด์จำนวน 1,000 ผลึกเพื่อโฆษณาช่วงเวลาของการสลายดับเบิลเบตาแบบไร้นิวตริโน
สำหรับเทลลูเรียมไดออกไซด์หนึ่งโมเลกุล เราคาดหวังว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นหนึ่งครั้งในระยะเวลา 10 เซ็ตล้านปี (1 ตามด้วยศูนย์ 25 ตัว) แม้จะมีจำนวนโมเลกุลในผลึกทั้งหมดเหล่านี้ พวกเขาคาดว่าจะเห็นการสลายตัวเพียงห้าครั้งในอีกห้าปีข้างหน้า
“มันเป็นกระบวนการที่หายากมาก หากสังเกตดู มันจะเป็นสิ่งที่ช้าที่สุดที่เคยวัดได้” Lindley Winslow สมาชิก CUOREบอกกับเจนนิเฟอร์ ชู ณข่าวเอ็มไอที-
การทดลองทั้งหมดถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิเย็น 6 องศาเคลวินเหนือศูนย์สัมบูรณ์ และยังทำให้เป็นลูกบาศก์เมตรของอวกาศที่เย็นที่สุดในจักรวาลด้วย
การทดลองครั้งที่สองที่ Gran Sasso ใช้ไอโซโทปเจอร์เมเนียม-76 แทน พวกเขามีวัสดุในการดักจับการผุพังน้อยกว่า แต่มีการเตรียมการทั้งหมดพิสูจน์แล้วว่ามีความอ่อนไหวอย่างยิ่งลดความเสี่ยงที่จะพลาดงานหากเกิดขึ้น
ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกในนิวเม็กซิโกหอดูดาวซีนอนที่ได้รับการเสริมสมรรถนะ(EXO-200) เก็บการทดลองไว้ใต้ดิน 600 เมตร (1970 ฟุต) โดยพิจารณาจากการสลายตัวของไอโซโทปซีนอน-136
นอกจากนี้ในสหรัฐอเมริกาที่ศูนย์วิจัยใต้ดินแซนฟอร์ด ก็มีการทำงานร่วมกันในการทดลองที่เรียกว่า MAJORANA Demonstrator คราวนี้เป็นก้อนเจอร์เมเนียม-76 ซุกอยู่ใต้หินยาว 1.6 กิโลเมตร ภายในเหมืองเก่า
ทีมงานเมื่อเร็วๆนี้แบ่งปันการวิเคราะห์ของตนเองและได้แสดงให้เห็นว่าหินที่อยู่รอบๆ นั้นทำหน้าที่ปกป้องเครื่องตรวจจับจากเศษรังสีที่หลงเหลืออยู่ซึ่งอาจส่งสัญญาณเตือนที่ผิดพลาดได้
จนถึงขณะนี้ ผลลัพธ์จากการทดลองเหล่านี้ได้ลดพื้นที่ในการตามล่าหาความผิดปกติที่แหกกฎนี้ นั่นมีประโยชน์ แต่ไม่ใช่คำตอบที่เรากำลังมองหา
อีกครั้ง มันเป็นเพียงการดำรงอยู่ของจักรวาลอย่างที่เรารู้ว่าเป็นเดิมพัน เรามาจับตาดูกันว่าพวกเขาจะได้เห็นสิ่งแปลก ๆ ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
งานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ในจดหมายทบทวนทางกายภาพ ที่นี่-ที่นี่-ที่นี่, และที่นี่-
