งานวิจัยใหม่เผยบทบาท “เครื่องเร่งอนุภาคยักษ์” อาจนำไปสู่การค้นพบสสารมืด

นักฟิสิกส์ค้นพบวิธีการใช้หลุมดำเป็นเครื่องชนอนุภาคขนาดใหญ่ (Supercolliders) ตามธรรมชาติ ซึ่งอาจนำไปสู่การค้นพบอนุภาคสสารมืดที่นักวิทยาศาสตร์ตามหามานาน

งานวิจัยล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review Letters เผยให้เห็นศักยภาพของหลุมดำในการทำหน้าที่เป็นเครื่องเร่งอนุภาคพลังงานสูงตามธรรมชาติ ซึ่งอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ไขปริศนาของสสารมืดได้ โดยผลงานชิ้นนี้เป็นความร่วมมือระหว่างนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยออกซฟอร์ด (University of Oxford) มหาวิทยาลัยจอห์นส์ ฮอปกินส์ (Johns Hopkins University) และสถาบันฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งปารีส (Institute of Astrophysics in Paris)

ศาสตราจารย์โจเซฟ ซิลค์ (Joseph Silk) นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ชั้นนำจากมหาวิทยาลัยจอห์นส์ ฮอปกินส์ และมหาวิทยาลัยออกซฟอร์ด อธิบายว่า แม้ว่าเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ (Large Hadron Collider) จะถูกสร้างขึ้นด้วยความหวังที่จะสร้างและตรวจจับอนุภาคสสารมืด ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญแต่ยังคงเป็นปริศนาของเอกภพ แต่จนถึงขณะนี้ก็ยังไม่มีหลักฐานที่ชัดเจน เรากำลังพิจารณาที่จะลงทุนมหาศาลกว่า 3 หมื่นล้านดอลลาร์สหรัฐฯ และใช้เวลาถึง 40 ปีในการสร้างเครื่องชนอนุภาคซูเปอร์คอลไลเดอร์รุ่นต่อไป แต่ธรรมชาติอาจมอบคำตอบผ่านหลุมดำมวลยิ่งยวด (supermassive black hole) ได้ก่อน

หลุมดำสามารถหมุนรอบตัวเองด้วยแรงมหาศาลเนื่องจากสนามแรงโน้มถ่วงที่เข้มข้น นักวิทยาศาสตร์พบว่าหลุมดำมวลยิ่งยวดบางแห่งที่อยู่ใจกลางกาแล็กซีที่หมุนอย่างรวดเร็ว ปล่อยกระแสพลาสมา (plasma) ขนาดใหญ่ ซึ่งคาดว่าเกิดจากพลังงานจากการหมุนของหลุมดำและจานพอกพูนมวล (accretion disk) ที่อยู่รอบๆ ปรากฏการณ์เหล่านี้เองที่อาจสร้างผลลัพธ์เช่นเดียวกับเครื่องชนอนุภาคที่มนุษย์สร้างขึ้น

หากหลุมดำมวลยิ่งยวดสามารถสร้างอนุภาคเหล่านี้ได้จากการชนกันของโปรตอนพลังงานสูง เราก็อาจได้รับสัญญาณบนโลก ซึ่งเป็นอนุภาคพลังงานสูงที่เดินทางอย่างรวดเร็วผ่านเครื่องตรวจจับของเรา นี่จะเป็นหลักฐานที่บ่งชี้ถึงการมีอยู่ของเครื่องชนอนุภาคแบบใหม่ภายในวัตถุที่ลึกลับที่สุดในเอกภพ ซึ่งมีพลังงานสูงเกินกว่าที่เครื่องเร่งอนุภาคบนโลกจะทำได้

การศึกษาใหม่นี้ชี้ว่าการไหลของก๊าซที่พุ่งเข้าใกล้หลุมดำสามารถดึงพลังงานจากการหมุนของหลุมดำ ทำให้เกิดการชนกันที่รุนแรงกว่าที่เคยคาดการณ์ไว้ อนุภาคเหล่านี้สามารถชนกันอย่างอลหม่านใกล้กับหลุมดำที่หมุนอย่างรวดเร็ว กระบวนการนี้คล้ายคลึงกับการชนกันที่นักวิทยาศาสตร์สร้างขึ้นโดยใช้สนามแม่เหล็กเพื่อเร่งอนุภาคในอุโมงค์วงกลมของเครื่องชนอนุภาคพลังงานสูง

การค้นพบนี้เปิดโอกาสใหม่ๆ ในการศึกษาฟิสิกส์อนุภาคและอาจนำไปสู่การค้นพบสสารมืด ซึ่งเป็นหนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของฟิสิกส์ยุคปัจจุบัน

ข้อมูลอ้างอิง: Sci News

• New Study Shows How Astrophysicists Can Use Black Holes as Particle Supercolliders