อิเล็กตรอนมีอายุขัยมากกว่าอายุจักรวาล ถึง 5,000,000,000,000,000,000 เท่า! แม้ดวงดาวทุกดวงในจักรวาลจะดับแสงลงจนหมดสิ้นไปแล้ว แต่อิเล็กตรอนก็จะยังคงดำรงอยู่ต่อไปในความมืดมิด โดยไม่สะทกสะท้านต่อกาลเวลาที่ผ่านไปแม้แต่น้อย…
.
อิเล็กตรอน (Electron) ถือเป็นหนึ่งในอนุภาคมูลฐานที่มีประจุลบที่เบาที่สุดในทฤษฎี แบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model)
ตามกฎฟิสิกส์ที่เรียกว่า หลักการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า (Charge conservation) ประจุไฟฟ้าในธรรมชาติจะหายวับไปเฉยๆ ไม่ได้ หากอิเล็กตรอนจะเสื่อมสลายไป มันจำเป็นต้องแตกตัวเปลี่ยนไปเป็นอนุภาคชนิดอื่นที่มีน้ำหนักเบากว่าเดิม
ปัญหาก็คือ อนุภาคทุกชนิดในจักรวาลที่เบากว่าอิเล็กตรอนนั้นล้วนเป็นอนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้าเลยสักตัวเดียว
.
ดังนั้นการเสื่อมสภาพของอิเล็กตรอนจึงถือเป็นการฝืนกฎธรรมชาติข้อนี้อย่างรุนแรง เพราะถ้ามันสลายตัว ประจุลบของมันก็จะสูญหายไปดื้อๆ
นักวิทยาศาสตร์จึงเกิดความสงสัยอย่างหนักว่า สรุปแล้วอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่เป็นอมตะจริงๆ หรือมันแค่มีอายุขัยที่ยาวนานมากๆ จนเราสังเกตไม่เห็นความเปลี่ยนแปลงกันแน่..
.
เพื่อหาคำตอบในเรื่องนี้ นักฟิสิกส์จึงต้องพึ่งพาเครื่องตรวจจับอนุภาคขนาดมหึมาที่ชื่อว่า บอเร็กซิโน (Borexino) ซึ่งถูกสร้างซ่อนไว้ลึกใต้ภูเขาใน ห้องปฏิบัติการแห่งชาติแกรนซัสโซ (Gran Sasso National Laboratory) ประเทศอิตาลี เพื่อป้องกันการรบกวนจากรังสีอื่นๆ ในธรรมชาติ และใช้สถานที่นี้เป็นจุดเฝ้าสังเกตการณ์
.
ภายในเครื่องตรวจจับนี้บรรจุของเหลวอินทรีย์น้ำหนักถึง 300 ตัน ซึ่งอัดแน่นไปด้วยอิเล็กตรอนจำนวนมหาศาลถึง 10 ยกกำลัง 32 ตัว
โดยนักวิทยาศาสตร์ได้ใช้หลักการทางสถิติเข้ามาช่วย โดยมีแนวคิดว่า หากเราเฝ้ามองอิเล็กตรอนจำนวนมหาศาลขนาดนี้พร้อมๆ กันเป็นระยะเวลานาน แล้วยังไม่พบว่ามีอิเล็กตรอนตัวไหนสลายตัวเลยแม้แต่ตัวเดียว เราก็จะสามารถคำนวณหาอายุขัยขั้นต่ำสุดของมันได้
หลักการนี้เปรียบเทียบง่ายๆ คือ ถ้าเราจับคนหลายพันล้านคนมายืนรวมกันแล้วเฝ้ามองพร้อมกันใน 1 วินาที เราจะสามารถประเมินอายุขัยเฉลี่ยของมนุษย์จากจำนวนคนที่หมดอายุขัยในช่วงเวลานั้นได้เลย โดยไม่ต้องรอให้ใครแก่จนหมดอายุขัยไปทีละคน
.
ทีมวิจัยใช้เวลาเฝ้าสังเกตการณ์อิเล็กตรอนเหล่านี้อย่างต่อเนื่องยาวนานถึง 408 วันเต็ม เป้าหมายคือการจับตาดูแสงสว่างวาบจำเพาะที่เกิดจากอนุภาคแสง หรือ โฟตอน (Photon) ในระดับพลังงาน 256 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์ (keV)
พร้อมกับการตามหา อิเล็กตรอนนิวทริโน (Electron neutrino) ไปด้วย เพราะตามสมมติฐานแล้ว หากอิเล็กตรอนเกิดการสลายตัว มันจะต้องทิ้งร่องรอยเป็นอนุภาคสองตัวนี้หลงเหลือเอาไว้ให้เราเห็น
.
หลังจากเฝ้ารอมานานกว่าหนึ่งปี ผลปรากฏว่าไม่มีอิเล็กตรอนตัวใดในเครื่องตรวจจับสลายตัวเลยแม้แต่ตัวเดียว!
นักวิทยาศาสตร์จึงนำข้อมูลการไม่พบร่องรอยใดๆ เลยนี้ มาคำนวณทางสถิติขั้นสูงจนได้ข้อสรุปว่า อิเล็กตรอนมีอายุขัยเฉลี่ยอย่างน้อยที่สุดอยู่ที่ 66,000 ยอตตะปี (Yottayears) หรือคิดเป็นตัวเลขคือ 6.6 คูณ 10 ยกกำลัง 28 ปี (6.6 ตามด้วยเลขศูนย์ 28 ตัว) !
.
ตัวเลขนี้อาจจะดูนึกภาพยาก แต่มันคือความยาวนานที่มหาศาลมากๆ เมื่อนำไปเทียบกับอายุของจักรวาลที่เราอาศัยอยู่
ปัจจุบันนักดาราศาสตร์สามารถวัดอายุของจักรวาลได้จากการศึกษาอัตราการขยายตัวของเอกภพ และการตรวจจับ รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพ (Cosmic Microwave Background) ซึ่งเป็นแสงแรกเริ่มที่ยังคงหลงเหลืออยู่จากเหตุการณ์ บิกแบง (Big Bang)
ข้อมูลเหล่านี้บอกเราว่าจักรวาลเพิ่งถือกำเนิดมาได้เพียง 13.8 พันล้านปีเท่านั้น
เมื่อเรานำอายุของจักรวาลมาเทียบกับตัวเลขอายุขัยของอิเล็กตรอน จะพบว่าอายุขัยขั้นต่ำสุดของอิเล็กตรอนนั้นยาวนานกว่าอายุของจักรวาลในปัจจุบันถึง 5 ล้านล้านล้านเท่า (5 Quintillion times)
.
วิคเตอร์ แฟลมบอม (Victor Flambaum) นักฟิสิกส์จาก มหาวิทยาลัยนิวเซาท์เวลส์ (University of New South Wales) ได้ให้สัมภาษณ์กับสื่อ ฟิสิกส์เวิลด์ (Physics World) ในปี 2015 เอาไว้อย่างน่าสนใจว่า
"การค้นหาจุดที่ละเมิดความสมมาตรตามธรรมชาตินั้นเป็นเรื่องสำคัญมาก เพราะแม้แต่ความผิดเพี้ยนเพียงเล็กน้อย ก็สามารถส่งผลกระทบอย่างใหญ่หลวงต่อความเข้าใจที่เรามีต่อจักรวาลได้"
.
กฎเกณฑ์ทางฟิสิกส์และโครงสร้างของจักรวาลที่เราเชื่อมั่นว่ามันมีความสมดุลและตายตัวมาตลอดนั้น หากวันหนึ่งเราดันค้นพบจุดที่ทำงานผิดเพี้ยนไปแม้เพียงเสี้ยวเดียว อย่างเช่นการตรวจพบว่าอิเล็กตรอนสามารถสลายตัวได้จริงๆ การค้นพบนั้นจะนำไปสู่การรื้อทฤษฎีทางฟิสิกส์เดิมๆ ทิ้งไป
และจะเป็นการเปิดพรมแดนความรู้ใหม่เกี่ยวกับธรรมชาติที่แท้จริงของเอกภพไปอย่างสิ้นเชิง
แต่จากข้อมูลที่เรารู้แน่ชัดในตอนนี้คือ อิเล็กตรอนมีความเสถียรที่สูงมากๆ แม้ในอนาคตอันไกลโพ้นที่ดวงดาวทุกดวงในจักรวาลจะดับแสงลงจนหมดสิ้นไปแล้ว แต่อิเล็กตรอนก็จะยังคงดำรงอยู่ต่อไปในความมืดมิด โดยไม่สะทกสะท้านต่อกาลเวลาที่ผ่านไปแม้แต่น้อย
.
[แหล่งอ้างอิง]
[1] Johnston, H. "Electron lifetime is at least 66,000 yottayears." Physics World, 2015.
[2] Agostini, M., et al. "A test of electric charge conservation with Borexino." Physical Review Letters, 2015. DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.231802
#วิทยาศาสตร์ #ฟิสิกส์ #อวกาศ #จักรวาล #อิเล็กตรอน #ความรู้รอบตัว #สาระน่ารู้ #ฟิสิกส์อนุภาค #ไขข้อข้องใจ #ความรู้ใหม่
https://www.facebook.com/share/p/1FQd4YNGat/
✨ อิเล็กตรอนมีอายุขัยมากกว่าอายุจักรวาล ถึง 5,000,000,000,000,000,000 เท่า!
.
อิเล็กตรอน (Electron) ถือเป็นหนึ่งในอนุภาคมูลฐานที่มีประจุลบที่เบาที่สุดในทฤษฎี แบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model)
ตามกฎฟิสิกส์ที่เรียกว่า หลักการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า (Charge conservation) ประจุไฟฟ้าในธรรมชาติจะหายวับไปเฉยๆ ไม่ได้ หากอิเล็กตรอนจะเสื่อมสลายไป มันจำเป็นต้องแตกตัวเปลี่ยนไปเป็นอนุภาคชนิดอื่นที่มีน้ำหนักเบากว่าเดิม
ปัญหาก็คือ อนุภาคทุกชนิดในจักรวาลที่เบากว่าอิเล็กตรอนนั้นล้วนเป็นอนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้าเลยสักตัวเดียว
.
ดังนั้นการเสื่อมสภาพของอิเล็กตรอนจึงถือเป็นการฝืนกฎธรรมชาติข้อนี้อย่างรุนแรง เพราะถ้ามันสลายตัว ประจุลบของมันก็จะสูญหายไปดื้อๆ
นักวิทยาศาสตร์จึงเกิดความสงสัยอย่างหนักว่า สรุปแล้วอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่เป็นอมตะจริงๆ หรือมันแค่มีอายุขัยที่ยาวนานมากๆ จนเราสังเกตไม่เห็นความเปลี่ยนแปลงกันแน่..
.
เพื่อหาคำตอบในเรื่องนี้ นักฟิสิกส์จึงต้องพึ่งพาเครื่องตรวจจับอนุภาคขนาดมหึมาที่ชื่อว่า บอเร็กซิโน (Borexino) ซึ่งถูกสร้างซ่อนไว้ลึกใต้ภูเขาใน ห้องปฏิบัติการแห่งชาติแกรนซัสโซ (Gran Sasso National Laboratory) ประเทศอิตาลี เพื่อป้องกันการรบกวนจากรังสีอื่นๆ ในธรรมชาติ และใช้สถานที่นี้เป็นจุดเฝ้าสังเกตการณ์
.
ภายในเครื่องตรวจจับนี้บรรจุของเหลวอินทรีย์น้ำหนักถึง 300 ตัน ซึ่งอัดแน่นไปด้วยอิเล็กตรอนจำนวนมหาศาลถึง 10 ยกกำลัง 32 ตัว
โดยนักวิทยาศาสตร์ได้ใช้หลักการทางสถิติเข้ามาช่วย โดยมีแนวคิดว่า หากเราเฝ้ามองอิเล็กตรอนจำนวนมหาศาลขนาดนี้พร้อมๆ กันเป็นระยะเวลานาน แล้วยังไม่พบว่ามีอิเล็กตรอนตัวไหนสลายตัวเลยแม้แต่ตัวเดียว เราก็จะสามารถคำนวณหาอายุขัยขั้นต่ำสุดของมันได้
หลักการนี้เปรียบเทียบง่ายๆ คือ ถ้าเราจับคนหลายพันล้านคนมายืนรวมกันแล้วเฝ้ามองพร้อมกันใน 1 วินาที เราจะสามารถประเมินอายุขัยเฉลี่ยของมนุษย์จากจำนวนคนที่หมดอายุขัยในช่วงเวลานั้นได้เลย โดยไม่ต้องรอให้ใครแก่จนหมดอายุขัยไปทีละคน
.
ทีมวิจัยใช้เวลาเฝ้าสังเกตการณ์อิเล็กตรอนเหล่านี้อย่างต่อเนื่องยาวนานถึง 408 วันเต็ม เป้าหมายคือการจับตาดูแสงสว่างวาบจำเพาะที่เกิดจากอนุภาคแสง หรือ โฟตอน (Photon) ในระดับพลังงาน 256 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์ (keV)
พร้อมกับการตามหา อิเล็กตรอนนิวทริโน (Electron neutrino) ไปด้วย เพราะตามสมมติฐานแล้ว หากอิเล็กตรอนเกิดการสลายตัว มันจะต้องทิ้งร่องรอยเป็นอนุภาคสองตัวนี้หลงเหลือเอาไว้ให้เราเห็น
.
หลังจากเฝ้ารอมานานกว่าหนึ่งปี ผลปรากฏว่าไม่มีอิเล็กตรอนตัวใดในเครื่องตรวจจับสลายตัวเลยแม้แต่ตัวเดียว!
นักวิทยาศาสตร์จึงนำข้อมูลการไม่พบร่องรอยใดๆ เลยนี้ มาคำนวณทางสถิติขั้นสูงจนได้ข้อสรุปว่า อิเล็กตรอนมีอายุขัยเฉลี่ยอย่างน้อยที่สุดอยู่ที่ 66,000 ยอตตะปี (Yottayears) หรือคิดเป็นตัวเลขคือ 6.6 คูณ 10 ยกกำลัง 28 ปี (6.6 ตามด้วยเลขศูนย์ 28 ตัว) !
.
ตัวเลขนี้อาจจะดูนึกภาพยาก แต่มันคือความยาวนานที่มหาศาลมากๆ เมื่อนำไปเทียบกับอายุของจักรวาลที่เราอาศัยอยู่
ปัจจุบันนักดาราศาสตร์สามารถวัดอายุของจักรวาลได้จากการศึกษาอัตราการขยายตัวของเอกภพ และการตรวจจับ รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพ (Cosmic Microwave Background) ซึ่งเป็นแสงแรกเริ่มที่ยังคงหลงเหลืออยู่จากเหตุการณ์ บิกแบง (Big Bang)
ข้อมูลเหล่านี้บอกเราว่าจักรวาลเพิ่งถือกำเนิดมาได้เพียง 13.8 พันล้านปีเท่านั้น
เมื่อเรานำอายุของจักรวาลมาเทียบกับตัวเลขอายุขัยของอิเล็กตรอน จะพบว่าอายุขัยขั้นต่ำสุดของอิเล็กตรอนนั้นยาวนานกว่าอายุของจักรวาลในปัจจุบันถึง 5 ล้านล้านล้านเท่า (5 Quintillion times)
.
วิคเตอร์ แฟลมบอม (Victor Flambaum) นักฟิสิกส์จาก มหาวิทยาลัยนิวเซาท์เวลส์ (University of New South Wales) ได้ให้สัมภาษณ์กับสื่อ ฟิสิกส์เวิลด์ (Physics World) ในปี 2015 เอาไว้อย่างน่าสนใจว่า
"การค้นหาจุดที่ละเมิดความสมมาตรตามธรรมชาตินั้นเป็นเรื่องสำคัญมาก เพราะแม้แต่ความผิดเพี้ยนเพียงเล็กน้อย ก็สามารถส่งผลกระทบอย่างใหญ่หลวงต่อความเข้าใจที่เรามีต่อจักรวาลได้"
.
กฎเกณฑ์ทางฟิสิกส์และโครงสร้างของจักรวาลที่เราเชื่อมั่นว่ามันมีความสมดุลและตายตัวมาตลอดนั้น หากวันหนึ่งเราดันค้นพบจุดที่ทำงานผิดเพี้ยนไปแม้เพียงเสี้ยวเดียว อย่างเช่นการตรวจพบว่าอิเล็กตรอนสามารถสลายตัวได้จริงๆ การค้นพบนั้นจะนำไปสู่การรื้อทฤษฎีทางฟิสิกส์เดิมๆ ทิ้งไป
และจะเป็นการเปิดพรมแดนความรู้ใหม่เกี่ยวกับธรรมชาติที่แท้จริงของเอกภพไปอย่างสิ้นเชิง
แต่จากข้อมูลที่เรารู้แน่ชัดในตอนนี้คือ อิเล็กตรอนมีความเสถียรที่สูงมากๆ แม้ในอนาคตอันไกลโพ้นที่ดวงดาวทุกดวงในจักรวาลจะดับแสงลงจนหมดสิ้นไปแล้ว แต่อิเล็กตรอนก็จะยังคงดำรงอยู่ต่อไปในความมืดมิด โดยไม่สะทกสะท้านต่อกาลเวลาที่ผ่านไปแม้แต่น้อย
.
[แหล่งอ้างอิง]
[1] Johnston, H. "Electron lifetime is at least 66,000 yottayears." Physics World, 2015.
[2] Agostini, M., et al. "A test of electric charge conservation with Borexino." Physical Review Letters, 2015. DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.231802
#วิทยาศาสตร์ #ฟิสิกส์ #อวกาศ #จักรวาล #อิเล็กตรอน #ความรู้รอบตัว #สาระน่ารู้ #ฟิสิกส์อนุภาค #ไขข้อข้องใจ #ความรู้ใหม่
https://www.facebook.com/share/p/1FQd4YNGat/