จีนเริ่มเดินเครื่องห้องปฏิบัติการนิวทริโนใต้ดินเจียงเหมิน หรือห้องปฏิบัติการจูโน (JUNO) ซึ่งเป็นเครื่องตรวจจับทรงกลมแบบโปร่งใสขนาดใหญ่ที่สุดในโลก เมื่อวันอังคารที่ผ่านมา (26 ส.ค.) ทำให้จูโนกลายเป็นศูนย์ทางวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่พิเศษแห่งแรกของโลกที่เน้นวิจัยนิวทริโนด้วยความแม่นยำสูง

รายงานระบุว่า หลังจากเติมวัสดุสารเรืองแสงเหลว (liquid scintillator) ปริมาณ 20,000 ตันเสร็จแล้ว จูโนซึ่งตั้งอยู่ใต้ดินลึก 700 เมตร ใกล้กับเมืองเจียงเหมิน มณฑลกวางตุ้ง ทางตอนใต้ของจีน ได้เริ่มลุยงานเก็บข้อมูลหลังจากเตรียมการและก่อสร้างมานานกว่าทศวรรษ

ใจกลางของจูโน คือเครื่องตรวจจับวัสดุสารเรืองแสงเหลวที่มีมวลมหาศาลถึง 20,000 ตัน ติดตั้งอยู่ใจกลางสระน้ำลึก 44 เมตร โครงถักสเตนเลสสตีลขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 41.1 เมตรทำหน้าที่รองรับวัตถุทรงกลมอะคริลิกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 35.4 เมตร วัสดุสารเรืองแสงเหลว หลอดทวีคูณแสงกว่า 45,000 ชิ้น และส่วนประกอบสำคัญอื่นๆ อีกมากมาย เช่น สายเคเบิล ขดลวดป้องกันแม่เหล็ก และแผ่นกั้นแสง เหตุที่มีที่ตั้งอยู่ลึกลงไปใต้ดิน และประกอบด้วยชั้นกรองต่างๆ ก็เพื่อป้องกันสัญญาณรบกวนจากอนุภาคอื่น ๆ เช่น รังสีคอสมิก ถังขนาดใหญ่ที่บรรจุวัสดุสารเรืองแสงเหลวพิเศษเหล่านี้ เพื่อรอการมาถึงช่วงช่วงเวลาพิเศษ ที่จะมีนิวทริโนเพียงหนึ่งตัวในจำนวนมหาศาลที่พุ่งผ่านเข้ามา เกิดปฏิกิริยาและปล่อยแสงวูบวาบออกมาให้นักวิทยาศาสตร์ตรวจจับได้

ข้อมูลเบื้องต้นที่ได้ระหว่างดำเนินการทดลองแสดงให้เห็นว่า ตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลักนั้นเป็นไปตามคาดหรือสูงกว่าที่ออกแบบไว้ ซึ่งความสำเร็จครั้งนี้ทำให้จูโนสามารถตอบโจทย์คำถามด้านฟิสิกส์อนุภาคที่สำคัญประการหนึ่งในทศวรรษนี้ได้ นั่นคือ การวัดลำดับมวลของนิวทริโน

หวังอี๋ฟาง โฆษกประจำห้องปฏิบัติการจูโนและนักวิจัยจากสถาบันฟิสิกส์พลังงานสูง สังกัดสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน เผยว่า ความสำเร็จในการเติมวัสดุสารดังกล่าวในเครื่องตรวจจับและเริ่มเก็บข้อมูลถือเป็นหมุดหมายทางประวัติศาสตร์ และนับเป็นครั้งแรกที่มีการเปิดใช้เครื่องตรวจจับที่มีขนาดและความแม่นยำระดับนี้สำหรับนิวทริโนโดยเฉพาะ ซึ่งจูโนจะช่วยให้นักวิจัยสามารถตอบคำถามพื้นฐานเกี่ยวกับธรรมชาติของสสารและจักรวาลได้

ทั้งนี้ นิวทริโนแทบจะไม่มีปฏิสัมพันธ์กับสสารธรรมดา เป็นกลางทางไฟฟ้า ไม่ทำปฏิกิริยากับแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นแรงที่ส่งผลต่ออนุภาคส่วนใหญ่ อีกทั้งมีมวลน้อยมากจนเกือบเป็นศูนย์ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เพิ่งยืนยันได้ไม่นานมานี้ว่ามันมีมวลจริง ๆ แต่น้อยกว่าอิเล็กตรอนหลายล้านเท่า ทำให้พวกมันสามารถเคลื่อนตัวทะลุผ่านร่างกาย อาคาร หรือแม้แต่โลกทั้งใบได้อย่างง่ายดายในแทบจะทุกๆ วินาที โดยไม่รู้สึกถึงการมีอยู่ของมัน นิวทริโนจึงได้รับฉายาว่า ‘อนุภาคผี’ (ghost particles) และด้วยลักษณะที่ยากจะตรวจจับได้ของนิวทริโน ทำให้มันเป็นอนุภาคพื้นฐานที่เข้าใจได้ยากที่สุด โดยต้องใช้เครื่องตรวจจับขนาดใหญ่เพื่อตรวจจับร่องรอยที่หาได้ยากยิ่ง

เมื่อนิวทริโนผ่านเข้าเครื่องตรวจจับแล้ว มีโอกาสอยู่เล็กน้อยที่นิวทริโนจะชนเข้ากับนิวเคลียสของไฮโดรเจน (hydrogen nuclei) ในของเหลว และกระตุ้นให้เกิดแสงแฟลชเลือนราง ซึ่งสามารถตรวจจับได้ด้วยหลอดทวีคูณแสง (PMT) ที่อยู่โดยรอบ จากนั้นจึงค่อยแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า

จูโนตรวจจับแอนตินิวทริโน (antineutrinos) ที่ผลิตโดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไถซานและหยางเจียงที่ตั้งอยู่ห่างออกไป 53 กิโลเมตร และวัดสเปกตรัมพลังงานของโรงไฟฟ้าทั้งสองแห่งได้แม่นยำเป็นประวัติการณ์ โดยวิธีการวัดลำดับมวลนิวทริโนของจูโนนั้นแตกต่างจากวิธีการอื่นๆ ตรงที่ไม่ขึ้นอยู่กับอิทธิพลของสสารภายในโลก และสามารถวัดลำดับมวลได้ชัดเจนโดยไม่สับสนกับค่าของตัวชี้วัดอื่นๆ

สถาบันฟิสิกส์พลังงานสูงระบุว่า จูโนถูกออกแบบให้มีอายุการใช้งานทางวิทยาศาสตร์นานถึง 30 ปี โดยยังจะช่วยให้สามารถศึกษานิวทริโนจากดวงอาทิตย์ ซูเปอร์โนวา ชั้นบรรยากาศ และโลกได้อย่างล้ำสมัย และโครงการนี้จะเปิดโลกทัศน์ใหม่ให้กับการสำรวจฟิสิกส์ที่ยังไม่เป็นที่รู้จัก อาทิ การค้นหานิวทริโนหมัน (sterile neutrino) สสารมืด และการสลายตัวของโปรตอน (proton decay) นิวทริโนยังเป็นผลผลิตจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ในดวงอาทิตย์และซุปเปอร์โนวา (supernova) การศึกษาอนุภาคเหล่านี้ จึงช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจกระบวนการต่างๆ ในอวกาศได้ดีขึ้น

อนึ่ง จูโนดำเนินการโดยสถาบันฟิสิกส์พลังงานสูง และมีนักวิจัยมากกว่า 700 คนจากสถาบัน 74 แห่งใน 17 ประเทศและภูมิภาคเข้าร่วม

ก่อนหน้านี้ เมื่อเดือนมีนาคม 2023 ทีมนักฟิสิกส์จากหน่วยควบคุมอุปกรณ์ FASERnu ของเครื่องชนอนุภาค LHC ที่ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ประกาศการค้นพบนิวทริโน ภายในเครื่องชนอนุภาคเป็นครั้งแรกของโลก หลังจากสามารถตรวจจับนิวทริโนได้ในการชนอนุภาคถึง 6 เหตุการณ์ด้วยกัน โดยใช้ท่อที่ประกอบไปด้วยแผ่นโลหะทังสเตนบาง 1 มิลลิเมตร เรียงสลับกับแผ่นฟิล์มอีมัลชัน (emulsion) เป็นจำนวนหลายร้อยชั้นด้วยกัน การค้นพบครั้งนี้ มีการประเมินความน่าเชื่อถือของข้อมูลไว้ในระดับสูงถึง 16 ซิกมา ซึ่งหมายความว่า แทบไม่มีโอกาสที่ผลการค้นพบนี้จะผิดพลาดหรือเป็นเพียงความบังเอิญไปได้เลย โดยค่าความน่าเชื่อถือที่ 5 ซิกมา ก็เพียงพอจะยืนยันการค้นพบทางฟิสิกส์อนุภาคได้แล้ว

ดาโน โทนาลี