ปัญหานิวทรีโนจากดวงอาทิตย์ได้คำตอบแล้ว

นักฟิสิกส์จากประเทศคานาดา สหรัฐ และสหราชอาณาจักร ได้แถลงร่วมกันถึงผลการศึกษาจาก SudBury Neutrino Observatory(SNO) ในออนทาริโอ ประเทศคานาดา ในที่ประชุมสัมนาประจำปีของ Canadian Association of Physics ที่เมืองวิคตอเรีย บริติชโคลัมเลีย แสดงให้เห็นว่า ดวงอาทิตย์ปล่อยนิวทรีโนมาได้เท่าก็บที่คาดด้วยการคำนวณทางทฤษฎี หากเมื่อมายังโลกแล้ว มันได้แปรรูปไปเสีย

ผลการศึกษาวิจัยครั้งนี้ ได้แก้ปัญหาที่สร้างความงุนงงให้นักดาราศาสตร์ปัจจุบันมานาน เนื่องจากการสังเกตการณ์ที่ผ่านมา สามารถตรวจวัดจำนวนนิวทรีโนที่มาจากดวงอาทิตย์ ได้เพียง หนึ่งในสาม ของที่จำนวนที่ดวงอาทิตย์น่าจะผลิตออกมาจริงๆเท่านั้น ไม่เคยมีใครคาดเดาได้ว่า อีกกว่าครึ่งมันหายไปไหน จนเป็นที่รู้กันในวงการนักดาราศาสตร์ว่า เป็น "ปัญหานิวทรีโนจากดวงอาทิตย์"

Art McDonald ผู้อำนวยการโครงการ SNO แถลงว่า "ทีนี้เรามีความมั่นใจได้มากว่า ตัวเลขที่วัดออกมาได้ในอดีตที่แตกต่างกันนั้น ไม่ได้เป็นเพราะคำนวณผิด แต่เป็นเพราะว่า นิวทรีโน เองนั้น ได้แปรรูปไปเมื่อมันเดินทางออกจากแกนของดวงอาทิตย์มายังโลกต่างหาก เราเลยวัดไม่ได้"

ดวงอาทิตย์สร้างพลังงานให้ตัวเองด้วยปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น โดยรวมอะตอมของไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียม ทำให้เกิดพลังงานออกมาและยังปลอปล่อยอนุภาคที่เกือบไม่มีมวลคือ นิวทรีโน ซึ่งนักทฤษฎีฟิสิกส์ได้คาดไว้ตั้งแต่ช่วงปี คศ ๑๙๓๐ แต่นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เวลาร่วม ๒๕ ปี กว่าจะดักจับด้วยการวัดได้ เพราะ นิวทรีโน สามารถทะลุทลวงผ่านมวลทุกอย่าง และแทบจะไม่เกิดปฏิกิริยาอะไรมาให้สังเกตการณ์ได้เลย

นักวิทยาศาสตร์เริ่มพยายามตรวจวัด นิวทรีโน จากดวงอาทิตย์ มาในช่วงปี คศ ๑๙๖๐ โดยนักฟิสิกส์ Ray Davis ด้วยการใช้ถังขนาดถึง ๖๐๐ ตัน บรรจุด้วยนำ้ยาซักแห้ง ซึ่งมีส่วนประกอบหลักคือ คลอรีน แล้ววัดจำนวนของ อาร์กอน ซึ่งจะเกิดขึ้นได้ เมื่อนานๆที นิวทรีโนวิ่งมาชนกับโมเลกุลของคลอรีน แล้วเอาถังที่ว่านี้หย่อนลงไปในเหมืองร้างลึกๆลงไปใต้ดินในรับดาโกต้าใต้ เพื่อกันรังสีคอสมิค ไม่ให้มารบกวนการทดลอง

แต่นักวิทยาศาสตร์ก็งุนงงกับผลที่ตรวจวัดมาได้เป็นยิ่งนัก ที่วัดเท่าไหร่ๆ ก็ได้แค่หนึ่งในสามของผลผลิตนิวทรีโนที่ควรจะมีจากดวงอาทิตย์ แถมที่อื่นที่พยายามสร้างห้องปฏิบัติการตรวจสอบเช่นนี้ ก็ยังวัดนิวทรีโนได้น้อยกว่าหนึ่งในสามเสียอีก นี่ถ้าไม่ใช่เพราะแบบจำลองปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นของดวงอาทิตย์ทำมาผิด ก็คงเป็นเพราะเกิดอะไรขึ้นกับนิวทรีโนที่ถูกสร้างขึ้นมา จากก้นบึ้งแกนในของดวงอาทิตย์ ระหว่างทางมายังพื้นโลก

นักวิทยาศาสต่์ขององค์กรร่วมระหว่างมหาวิทยาลัยจากประเทศ คานาดา สหรัฐ และสหราชอาณาจักร ได้สร้างห้องตรวจการ SNO ขึ้นมา โดยใช้ heavy water คือในโมเลกุลของนำ้ แทนที่จะเป็นอะตอมไฮโดรเจนธรรมดาสองตัว กลับแทนที่ด้วยไอโซโถปหนักของไฮโดรเจนที่เรียกว่า ดิวทีเรียม มาเป็นของเหลวตัวดัก นิวทรีโน เมื่อนิวทรีโนมาทำปฏิกิริยากับ heavy water อีเลคตรอนจะถูกถีบออกมาจากโมเลกุลของ heavy water ด้วยความเร็วกว่าแสง ในตัวกลางคือนำ้ และเปล่งแสงออกมาที่เรียกว่า Cerenkov Radiation นักวิทยาศาสตร์ก็วัดแสงแว้บๆนั้น เพื่อหาจำนวนนิวทรีโนมาเปรียบเทียบกับแบบจำลองทางทฤษฎี ถังที่ SNO นี้มีขนาดกว้าง ๒๒ เมตร สูง ๓๔ เมตร และมีความจุ heavy water แบบบริสุทธิ์เต็มที่ ถึง ๑๐๐๐ ตัน และอยู่ในเหมืองนิเกิ้ลลึกลงไปใต้ดินถึง ๒ กิโลเมตร และตรวจจับ นิวทรี"น ได้ประมาณวันละ ๑๐ ตัวเท่านั้น

ที่ต่างจากการทอลองในอดีต อุปกรณ์วัดของ SNO นั้น ไม่ได้ไวต่อนิวทรีโนที่มาจากปฏิกิร่ยานิวเคลียร์ฟิวชั่น ที่เรียกว่า electron neutrinos เท่านั้น แต่ยังไวต่อนิวทรีโนอีกสองชนิดด้วยคือ mu และ tau neutrinos ข้อมูลจาก SNO ปรากฏว่า เมื่อเอานิวทรีโนที่วัดได้ทั้งหมดมารวมกันแล้ว ก็มีจำนวนเท่ากับที่แบบจำลองคาดไว้ว่าจะมีเท่านั้นมาจากดวงอาทิตย์จริงๆ ดังนั้น จึงเป็นไปได้มากว่า นิวทรีโน บางส่วนเปลี่ยนไปหรือ oscilate กลายไปเป็นนิวทรีโนอย่างอื่น ระหว่างทางจากแกนในของดวงอาทิตย์มายังโลก

ในขณะเดียวกับที่ข้อมูลนี้ สร้างความพึงพอใจเป็นอย่างมากให้กับนักฟิสิกส์ที่ศึกษาดวงอาทิตย์ แต่กก็กลับนำเรื่องน่าปวดหัวใหม่มาให้นักฟิสิกส์ที่ศึกษาเกี่ยวกับอนุภาค ซึ่งยังไม่สามารถอธิบายได้ว่า ทำไม นิวทรีโน ถึง oscilate แล้วแปรรูปไปได้ David Wark แห่ง Rutherford/Appleton Laboratory กล่าวว่า "ตาม Standard Model of elementary particles แล้ว การแปรรูปของนิวทรีโนอย่างนี้เกิดขึ้นไม่ได้ นักทฤษฎีคงต้องนั่งคิดกันว่า จะเอาข้อมูลนี้มาปรับปรุงแบบจำลองทางทฤษฎีได้อย่างไร"

ข้อมูลนี้ยังช่วยให้ความกระจ่างทาง cosmology ขึ้นได้บ้าง หลักฐานการปรากฏของ neutrino oscillation และข้อมูลที่ศึกษามาก่อน ก็ช่วยเพิ่มค่าประเมินของมวลของนิวทรีโนที่มีอยู่ในเอกภพ เมื่อเอามารวมกันแล้ว นักฟิสิกส์ประเมินได้อย่างคร่าวๆว่า เท่ากับมวลรวมของดวงดาวที่เราเห็นได้ทั้งหมด

แล้วก็ยังได้ลดจำนวนค่าประเมินของ Dark Matter ลงไปได้อีก แม้เต่เพียงเล็กน้อยก็ยังดี เพราะมวลของนิวทรีโนนั้น เป็นเพียงส่วนน้อยนิดของมวลรวมของเอกภพเท่านั้น

อ้างอิง
Neutrinos and Reveal New Neutrino Properties
http://www.sno.phy.queensu.ca/sno/first_results/

Implications of Solar Neutrino Experiments
http://dept.physics.upenn.edu/neutrino/solar.html

Some Interesting SNO Events
http://www.sno.phy.queensu.ca/sno/events/

การเกิดพลังงานนิวเคลียร์ภายในแกนของดวงดาว อันเป็นต้นกำเนิดของนิวทรีโน จะอ่านได้จากเรื่อง
"ตำนานดวงดาว" ตอนที่กล่าวถึง "แหล่งพลังงานของดวงดาว" ได้จากหน้านี้ค่ะ
http://vcharkarn.com/magazine/issue4/puangroi4/stellar_nuclear_reaction.htm