อนุภาคใน "จักรวาลจำลอง" เกิดขึ้นได้เองจากพื้นที่ว่างเปล่า


45

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันฟิสิกส์ทฤษฎีแห่งมหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์กของเยอรมนี ทำการทดลองที่น่าทึ่งด้วยการจำลองสนามควอนตัม (quantum field) ของจักรวาลในยุคแรกเริ่ม จนทำให้พบว่าสภาพการณ์ดังกล่าวสามารถให้กำเนิดคู่ของอนุภาค-ปฏิอนุภาค ขึ้นจากความว่างเปล่าได้

 

 

รูปควันขาวในอวกาศ

รายงานวิจัยข้างต้นตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 9 พ.ย.ที่ผ่านมา โดยระบุว่ามีการใช้อะตอมของธาตุโพแทสเซียมที่เย็นจัดเฉียดใกล้อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ที่ 60 นาโนเคลวิน จำนวน 20,000 อะตอม สร้างสนามควอนตัมในสุญญากาศ ซึ่งเป็นการจำลองสภาพของจักรวาลที่กำลังขยายตัวหลังถือกำเนิดขึ้นใหม่ ๆ

 

 

ทีมผู้วิจัยใช้เลเซอร์ชะลอความเร็วและลดอุณหภูมิของอะตอมโพแทสเซียมลง จนพวกมันก่อตัวเป็นกลุ่มหมอกขนาดเล็กจิ๋วที่มีความกว้างเท่ากับเส้นผมเส้นหนึ่งเท่านั้น

 

 

ในภาวะนี้กลุ่มหมอกดังกล่าวเปรียบเสมือนจักรวาลจำลองขนาดย่อม และเป็นสสารในสถานะคล้ายของไหลที่เรียกว่า "สสารสถานะควบแน่น โบซ-ไอน์สไตน์" (Bose-Einstein condensate)

 

 

จากนั้นผู้วิจัยได้ฉายลำแสงไปยังกลุ่มหมอกอะตอม เพื่อจัดระเบียบให้มันมีค่าความหนาแน่น รวมทั้งรูปแบบการเรียงตัวและค่าของแรงที่อะตอมกระทำต่อกันตามต้องการ ซึ่งการทำเช่นนี้จะส่งผลให้กลุ่มหมอกอะตอมมีพฤติกรรมเป็นไปตามสมการ space-time metric ซึ่งเป็นสมการที่ใช้อธิบายความโค้งของจักรวาล, ความเร็วแสง, และการบิดโค้งของลำแสงขณะเข้าใกล้วัตถุมวลมากได้

 

 

ดร. มาร์คัส โอเบอร์ทาเลอร์ ผู้นำทีมวิจัยบอกว่า "นี่คือการทดลองครั้งแรกของโลกที่ใช้อะตอมเย็นจัด เพื่อจำลองสภาพของจักรวาลที่มีความโค้งและกำลังขยายตัว เนื่องจากในบางกรณีเราไม่สามารถจะตอบคำถามทางวิทยาศาสตร์ด้วยการสังเกตจักรวาลอันกว้างใหญ่โดยตรงได้"

 

 

ภาพขยายของกลุ่มเมฆโมเลกุล Barnard 68 ซึ่งดูเหมือนพื้นที่ว่างเปล่าขนาดใหญ่ในห้วงอวกาศ

 

ภาพขยายของกลุ่มเมฆโมเลกุล Barnard 68 ซึ่งดูเหมือนพื้นที่ว่างเปล่าขนาดใหญ่ในห้วงอวกาศ

 

 

ผลการจำลองสถานการณ์ข้างต้นปรากฏว่า อะตอมได้เคลื่อนที่ในลักษณะคล้ายระลอกคลื่นรูปแบบหนึ่ง ซึ่งก่อนหน้านี้เคยมีการทำนายทางทฤษฎีเอาไว้ว่า ระลอกคลื่นแบบดังกล่าวเป็นสัญญาณบ่งชี้ถึงการผุดเกิดขึ้นของคู่อนุภาค - ปฏิอนุภาค ในพื้นที่ว่างของจักรวาลที่กำลังขยายตัว หรือที่เรียกว่าปรากฏการณ์ particle pair production

 

 

ดร. สเตฟาน เฟลอร์ชิงเงอร์ หนึ่งในทีมผู้วิจัยบอกว่า การทดลองครั้งนี้สามารถเป็นต้นแบบให้กับการทดลองอื่น ๆ ที่มุ่งทำความเข้าใจสมบัติทางควอนตัมของจักรวาลในอนาคต  ทั้งยังสามารถเป็นสนามทดลองเพื่อหาทางผสานแนวคิดของกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปเข้าด้วยกัน ซึ่งจะนำไปสู่การสร้างทฤษฎีความโน้มถ่วงเชิงควอนตัม (quantum gravity theory) ที่ปฏิวัติวงการฟิสิกส์ยุคใหม่ได้


45