เลียนแบบหลุมดำ ! CERN สร้างไอพ่นพลาสมาบนโลก
หลุมดำมวลยิ่งยวด สามารถพ่นลำอนุภาคพลังงานสูง (Relativistic Jet) ซึ่งมีสถานะเป็นพลาสมาขนาดมหึมาออกมาสู่อวกาศได้ แต่ไอพ่นพลาสมาดังกล่าวนี้กำลังถูกสร้างขึ้นบนโลกที่ห้องทดลองของเซิร์น CERN หรือ องค์การวิจัยนิวเคลียร์ยุโรป
ทั้งนี้ หลุมดำเป็นที่รู้จักกันดีว่าเป็นวัตถุในจักรวาลที่มีแรงโน้มถ่วงสูงมาก ๆ จนสามารถกลืนกินสิ่งต่าง ๆ เข้าไปได้แม้กระทั่งแสง แต่ไม่ใช่ว่าสสารทุกอย่างจะถูกดูดเข้าไปในหลุมดำ เพราะจะมีสสารบางส่วนที่ถูกพ่นออกมาด้วย ซึ่งในบางกรณี สสารที่ถูกขับออกมานี้ก็จะก่อให้เกิดไอพ่นที่มีความเร็วเข้าใกล้ความเร็วแสง ไอพ่นนี้มีพลาสมา ซึ่งประกอบด้วยอิเล็กตรอนและโพซิตรอน (คู่ปฏิสสารของอิเล็กตรอน) แต่การเกิดขึ้นของไอพ่น รวมถึงผลกระทบที่ตามมา เป็นสิ่งที่ยังคงเป็นปริศนาและยากที่จะศึกษาผ่านการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ หรือแม้กระทั่งแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์
ด้วยข้อจำกัดดังกล่าว นักวิทยาศาสตร์ของ CERN จึงสร้างไอพ่นขึ้นในห้องทดลอง ด้วยการใช้อุปกรณ์ที่ชื่อว่า ไฮแรดแมต (HiRadMat ย่อมาจาก High-Radiation to Materials) โดยขั้นตอน เริ่มจากทีมวิจัยจะจับโปรตรอน 3 แสนล้านโปรตรอนจากเครื่องเร่งอนุภาคซูเปอร์โปรตอนซินโครตรอน (Super Proton Synchrotron) เพื่อสร้างเป็นไอพ่น แล้วปล่อยไปยังเป้าที่สร้างจากกราไฟต์และแทนทาลัม ซึ่งกระบวนการนี้จะทำให้เกิดปฏิกิริยาโต้ตอบของอนุภาค ทำให้เกิดคู่อิเล็กตรอน - โพซิตรอนจำนวนประมาณ 10 ล้านล้านคู่ มากเกินพอที่จะทำให้มันเริ่มมีพฤติกรรมเหมือนพลาสมาทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์จริง ๆ
เกียนลูกา เกรกอรี (Gianluca Gregori) ผู้ร่วมวิจัยเผยว่า แนวคิดพื้นฐานของการจำลองนี้คือการจำลองปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ เพราะความรู้ที่มนุษย์มีก่อนหน้ามาจากการสังเกตการณ์และการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เกือบทั้งหมด ไม่สามารถตรวจสอบจุลฟิสิกส์ได้จริง ๆ ดังนั้นการทดลองในห้องปฏิการเช่นนี้ก็จะทำให้สามารถเข้าใจรายละเอียดต่าง ๆ ได้ดีขึ้น
การทำความเข้าใจฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับไอพ่นพลาสมาครั้งนี้ สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกว่าไอพ่นพลาสมาก่อตัวอย่างไร รวมไปถึงวิวัฒนาการและการส่งผลกระทบต่อบริเวณโดยรอบของมัน ซึ่งจะนำไปสู่การปรับแต่งแบบจำลองความเข้าใจของมนุษย์ต่อเอกภพได้ดียิ่งขึ้น
งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communication ฉบับวันที่ 12 มิถุนายน 2024
ที่มารูปภาพ CERN, NASA/JPL-Caltech