หลักฐานใหม่ทางฟิสิกส์ชี้ "แรงพื้นฐานชนิดที่ 5" ในธรรมชาติ มีอยู่จริง

  • 28 พฤศจิกายน 2019
ภาพจำลองนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม ประกอบไปด้วยโปรตอนและนิวตรอนอย่างละ 2 ตัว Image copyright SPL
คำบรรยายภาพ ภาพจำลองนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม ประกอบไปด้วยโปรตอนและนิวตรอนอย่างละ 2 ตัว

นักเรียนนักศึกษาวิชาฟิสิกส์ทุกคนคงท่องจำกันได้ขึ้นใจว่า อันตรกิริยาหรือแรงพื้นฐานในธรรมชาติ (fundamental forces) นั้นมีอยู่ 4 ชนิดด้วยกัน ได้แก่แรงโน้มถ่วง, แรงแม่เหล็กไฟฟ้า, แรงนิวเคลียร์อย่างเข้มและอย่างอ่อน แต่ล่าสุดนักวิทยาศาสตร์พบหลักฐานเพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ ว่า น่าจะมีแรงพื้นฐานแบบอื่น ซึ่งนับเป็นชนิดที่ 5 อยู่ด้วยเช่นกัน

ทีมนักฟิสิกส์จากสถาบันเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์ ซึ่งอยู่ในสังกัดของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งฮังการี เผยแพร่รายงานวิจัยล่าสุดในคลังเอกสารวิชาการออนไลน์ arXiv.org โดยระบุว่า ได้พบหลักฐานยืนยันการมีอยู่ของแรงพื้นฐานในธรรมชาติชนิดที่ 5 เป็นครั้งที่สองแล้ว นับแต่ทีมของตนได้ค้นพบหลักฐานชิ้นแรกเมื่อปี 2016

ทีมผู้วิจัยเฝ้าสังเกตการณ์อะตอมฮีเลียมที่อยู่ในสถานะกระตุ้น (excited state) ซึ่งมันจะเปล่งแสงออกมาขณะที่กำลังสลายตัว ทำให้พบว่าอนุภาคที่แตกตัวออกมานั้น แยกตัวโดยทำมุมในองศาที่ไม่เคยพบมาก่อน คือที่ 115 องศา นับเป็นปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยหลักการเรื่องแรงพื้นฐานเท่าที่มีอยู่ในปัจจุบัน

เนื่องจากยังไม่พบหลักฐานที่ชี้ว่ามีความผิดพลาดเกิดขึ้นในการทดลอง สาเหตุที่เป็นไปได้มากที่สุดของปรากฎการณ์ดังกล่าว จึงต้องมาจากแรงกระทำที่วิทยาการฟิสิกส์ยังไม่เคยรู้จักมาก่อน

Image copyright NASA/JPL-CALTECH
คำบรรยายภาพ ภาพจากฝีมือศิลปินแสดงให้เห็นแนวคิดที่เชื่อว่ามีเส้นใยของสสารมืดที่เรียกว่า "เส้นผม" (Hairs) ล้อมรอบโลกอยู่

ทีมผู้วิจัยนิยามแรงพื้นฐานชนิดใหม่นี้ว่า มีลักษณะเป็น "แรงหนีโปรตอน" (protophobic force) เพราะมีพฤติกรรมเหมือนกับหวาดกลัวและหนีห่างจากอนุภาคโปรตอนอยู่เสมอ โดยให้ชื่อแรงนี้ไว้เป็นการชั่วคราวว่า X17

ปรากฎการณ์ที่คล้ายกันนี้เคยถูกค้นพบมาแล้วเมื่อ 3 ปีก่อน โดยนักวิทยาศาสตร์ทีมเดียวกัน ซึ่งในครั้งนั้นพวกเขาพบการสลายตัวของไอโซโทป เบริลเลียม-8 ในลักษณะประหลาด โดยอิเล็กตรอนและโพซิตรอนที่แตกตัวออกมา แยกตัวโดยทำมุม 140 องศา

รายงานวิจัยล่าสุดนี้กำลังรอรับการตรวจสอบ เพื่อพิจารณานำลงตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review Letters ซึ่งหากได้รับการยืนยันความถูกต้อง และมีการทดลองเพื่อให้ได้หลักฐานสนับสนุนอีกเป็นครั้งที่สาม แนวคิดเรื่องแรงพื้นฐานที่ 5 ในธรรมชาติก็จะมีความหนักแน่นเพียงพอต่อการยอมรับในวงวิชาการ และยังอาจมีโอกาสเข้าชิงรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในอนาคตด้วย

ศาสตราจารย์โจนาธาน เฟิง ผู้เชี่ยวชาญด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย วิทยาเขตเออร์ไวน์ (UCI) ของสหรัฐฯ ซึ่งไม่ได้ร่วมทีมวิจัยดังกล่าว ให้ความเห็นว่า การค้นพบแรงพื้นฐานชนิดที่ 5 อาจนำไปสู่ความเข้าใจเรื่องสสารมืด (dark matter) ซึ่งอาจจะเป็นตัวการที่ออกแรงยึดโยงเอกภพทั้งหมดเอาไว้ด้วยกัน ทั้งจะนำไปสู่การพัฒนา "ทฤษฎีสนามรวม" (Unified Field Theory - UFT) ซึ่งจะเป็นหลักการหนึ่งเดียวที่สามารถให้คำอธิบายต่อแรงทั้งหมดในธรรมชาติได้

"และไม่แน่ว่า หากมีการศึกษาค้นคว้าต่อไปเรื่อย ๆ เราก็อาจจะพบแรงพื้นฐานในธรรมชาติชนิดใหม่ ๆ อีก เป็นแรงที่ 6, 7 และ 8 ต่อไปเรื่อย ๆ ก็ได้" ศ. เฟิงกล่าว

ข่าวที่เกี่ยวข้อง

อ่านข่าวนี้เพิ่มเติม