Alienum phaedrum torquatos nec eu, vis detraxit periculis ex, nihil expetendis in mei. Mei an pericula euripidis, hinc partem.
 

ฟ้าผ่าสร้างปฏิอนุภาคได้

ฟ้าผ่าสร้างปฏิอนุภาคได้

หนึ่งในปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เราเห็นกันบ่อยๆ  แต่เต็มไปด้วยความลึกลับ คือ ฟ้าผ่า

นักวิทยาศาสตร์รู้ดีว่าฝนฟ้าคะนองไม่ใช่สาเหตุเดียวที่ทำให้เกิดฟ้าผ่า แต่ภูเขาไฟระเบิดอย่างรุนแรงก็ทำให้เกิดฟ้าผ่าได้เช่นกัน แต่สาเหตุของมันยังเป็นที่ถกเถียงและมีหลายทฤษฎีที่ใช้ในการอธิบาย

นักวิทยาศาสตร์บางส่วนเชื่อว่า ฟ้าผ่า เป็นปรากฏการณ์สำคัญที่ช่วยจุดชีวิตแรกให้เกิดขึ้นบนโลก

แม้จะยังไม่เข้าใจปรากฏการณ์นี้เต็มร้อย แต่ทุกคนมั่นใจว่ามันเป็นปรากฏการณ์ในชั้นบรรยากาศที่ปลดปล่อยพลังงานออกมาอย่างรุนแรง

ล่าสุด เทรุอากิ เอโนโตะ (Teruaki Enoto) นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่นและทีมงานค้นพบว่า ฟ้าผ่าทำให้เกิดอนุภาคที่เรียกว่า โพสิตรอน  (positron)ซึ่งเป็นปฏิอนุภาคของอิเล็กตรอนได้ กล่าวคือ โพสิตรอนนั้นมีสมบัติเหมือนอิเล็กตรอนทุกอย่างยกเว้น มีประจุไฟฟ้าที่เป็นบวก นอกจากนี้ฟ้าผ่ายังทำให้เกิดคาร์บอน-14 ซึ่งเป็นกัมมันตรังสีด้วย คาร์บอน-14 นี้เองที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ตรวจหาอายุของซากฟอสซิลได้

ทำไมการค้นพบนี้ถึงน่าสนใจ?

ย้อนกลับไปในช่วงปี ค.ศ.  1990 กล้องโทรทรรศน์อวกาศหลายตัวตรวจจับรังสีแกมมาที่พุ่งออกมาจากโลกของเราได้  แต่ในตอนนั้นยังไม่มีใครแน่ใจได้ว่ารังสีแกมมาเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร?

เทรุอากิ และทีมงานนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเกียวโตจึงติดตั้งเครื่องตรวจจับรังสีแกมมาเพื่อหาคำตอบ ฝนฟ้าคะนองช่วงฤดูหนาวในประเทศญี่ปุ่นนั้นมีฟ้าผ่ามากมาย แต่มีเมฆน้อยกว่าฤดูอื่นๆทำให้ทำการสังเกตการณ์ได้ง่าย

แล้วในวันหนึ่งก็เกิดฟ้าผ่าที่รุนแรงขึ้นถึงสองครั้งทำให้เครื่องสามารถตรวจจับรังสีแกมมาพลังงานสูงถึง 10 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์ หลังจากนั้นไม่ถึงวินาทีจึงเกิดการเรืองรองของรังสีแกมมาตามมา แล้วสุดท้ายมีรังสีแกมมาพลังงานเพียง 511 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์เกิดขึ้นนานนับนาที

การวิเคราะห์ทำให้นักฟิสิกส์รู้ได้อย่างชัดเจนว่ารังสีแกมมาพลังงาน 511 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์นี้เกิดจากโพสิตรอนพุ่งเข้าชนอิเล็กตรอนที่อยู่รอบๆ

นี่เป็นครั้งแรกที่โลกได้เห็นชัดๆว่าฟ้าผ่าทำให้เกิดโพสิตรอนได้

ทฤษฎีที่ใช้อธิบายปรากฏการณ์นี้ต้องย้อนกลับไปราว 20 ปีก่อน เมื่อ Leonid Babich  นักฟิสิกส์แห่งศูนย์นิวเคลียร์รัสเซีย (Russian Federal Nuclear Center) ทำนายไว้ว่าฟ้าผ่าอาจทำให้อิเล็กตรอนเกิดความเร่งอย่างรุนแรงจนมีความเร็วเข้าใกล้ความเร็วแสงและเกิดรังสีแกมมาพลังงานสูงออกมาได้ จากนั้นรังสีแกมมาพลังงานสูงอาจชนเข้ากับนิวเคลียสของแก๊สไนโตรเจนที่มีอยู่มากมายในอากาศจนนิวตรอนหลุดออกมา นิวตรอนบางส่วนจะชนเข้ากับนิวเคลียสไนโตรเจนอื่นๆแล้วทำให้นิวเคลียสที่ถูกชนมีพลังงานสูงจนปลดปล่อยรังสีแกมมาออกมาอีกส่งผลให้บริเวณนั้นเรืองรองไปด้วยรังสีแกมมา  นิวตรอนที่หลุดกระเด็นออกมาอีกส่วนหนึ่ง  จะเข้าชนไนโตรเจนแล้วทำให้ไนโตรเจนกลายเป็นคาร์บอน-14

ส่วนไนโตรเจนที่สูญเสียนิวตรอนไปก็จะขาดความเสถียรจนเกิดการสลายตัวภายในนาทีถัดมา การสลายตัวนี้เองที่ปลดปล่อยโพสิตรอนซึ่งจะชนเข้ากับอิเล็กตรอนที่มีอยู่มากมายในธรรมชาติแล้วปลดปล่อยรังสีแกมมาพลังงาน 511 keV  ออกมา

นั่นหมายความว่าพลังงานของรังสีแกมมาที่ตรวจจับได้ตรงกับการทำนายของทฤษฎีอย่างสวยงาม

เทรุอากิ เชื่อว่าการทดลองของเขาประสบผลสำเร็จเนื่องจากสภาพแวดล้อมมีความเหมาะสมลงตัวมากๆ

ปัจจุบันนักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์เชื่อว่าคาร์บอน -14 บนโลกของเรานั้นหลักๆเกิดมาจากรังสีคอสมิก แต่การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่า คาร์บอน-14 ก็เกิดจากฟ้าผ่าได้เช่นกัน แต่ยังไม่มีใครรู้ว่าคาร์บอน-14 ที่เกิดจากฟ้าผ่านั้นมีปริมาณมากน้อยแค่ไหน

การทดลองที่ทำให้โลกต้องตกตะลึงนั้นไม่จำเป็นต้องได้ผลลัพธ์แตกต่างจากทฤษฎีเสมอไป แต่การทดลองที่ได้ผลตรงกับทฤษฎีจนน่าตกใจอย่างการทดลองในครั้งนี้ก็ทำให้โลกตะลึงได้เหมือนกัน

บทความโดย  อาจวรงค์  จันทมาศ

อ้างอิง

https://www.nature.com/news/lightning-makes-new-isotopes-1.23033

https://www.nature.com/articles/nature24630.epdf?referrer_access_token=kVRUOSNxb8h9n6LARn5uutRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0PNkjQdQoRJyW_mn3t_IrSxzlkj_dkBjaxlO2bAoZVC9pTZFZ8BlXNxBggzRviSho1Mb7tL_mbEwZ4tfdyb8QJedm6Bo_MO2O0fjsag-V_bPPAvq3LEwcY2Q_UPpZRH4ObtUJppWDU33lzhqsptfybKbZ34chCCQ6doXzuarCAyZz9zoQN7h8WCozubZiJpe0k%3D&tracking_referrer=iflscience.com

Date

ธันวาคม 4, 2017

Category

STEM NEWS