หลุมดำและดาวนิวตรอนเป็นวัตถุที่มีความหนาแน่นมากที่สุดในจักรวาล ภายในและรอบ ๆ สภาวะทางฟิสิกส์อันสุดขั้วนี่เต็มไปด้วยพลาสม่า โดยเฉพาะพลาสม่าคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอนเชิงสัมพัทธภาพ ที่ประกอบด้วยอิเล็กตรอนและโพซฺตรอนที่โคจรด้วยความเร็วเข้าใกล้แสง ซึ่งเป็นการยากที่นักวิทยาศาสตร์จะสามารถจำลองได้จนกระทั่งมหาวิทยาลัย Rochester และ CERN ได้ร่วมมือกันเพื่อสร้างสภาวะสุดขั้วนี่ขึ้นมาในห้องแล็บ
ที่มา : https://www.nature.com/articles/s41467-024-49346-2/figures/1
การจำลองสภาวะข้างต้นนี่ ทีมนักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องอาศัยเครื่องเร่งซูเปอร์โปรตอนซินโครตรอน (SPS) ที่ CERN ในการเร่งโปรตอนให้ไปชนกับนิวเคลียสของคาร์บอน จนเกิดฝนของอนุภาคมูลฐานหนึ่งในนั่น คือ ไพออนที่จะสลายตัวและให้รังสีแกมม่าพลังงานสูงออกมา ซึ่งรังสีแกมม่านี่จะมีการตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าของแทนทาลัม ทำให้เกิดคู่อิเล็กตรอนและโพซิตรอน โดยทีมวิจัยใช้โปรตอนจำนวน 100 พันล้านอนุภาคเพื่อทำให้เกิดพลาสม่าคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอนเชิงสัมพัทธภาพ
Credit: University of Rochester Laboratory for Laser Energetics illustration / Heather Palmer
Charles Arrowsmith นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดที่ได้เข้าร่วมการทดลองนี่กล่าวว่า การสร้างสภาวะพลาสม่าคู่ของอิเล็กตรอน-โพซิตรอนเชิงสัมพัทธภาพ จำเป็นต้องอาศัยอิเล็กตรอน-โพซิตรอนที่เกิดขึ้นในปฎิกิริยาจำนวนมาก ๆ ซึ่งด้วยวิธีนี่โปรตอนเพียงหนึ่งอนุภาคก็ทำให้เกิดอิเล็กตรอน-โพซิตรอนจำนวนมหาศาล ทำให้การทดลองครั้งนี่เราสามารถสร้างสภาวะสุดขั้วของหลุมดำและดาวนิวตรอนได้ในที่สุด ซึ่งนี่เป็นการเปิดขอบเขตใหม่ในการศึกษาด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์ในห้องปฏิบัติการ
Gianluca Gregori ศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่อีกท่านของมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดกล่าวว่า การทดลองนี่จะช่วยให้เราสามารถทำความเข้าใจหลุมดำและดาวนิวตรอนได้เพิ่มขึ้นนอกจากการส่องดูพฤติกรรมผ่านกล้องโทรทรรศน์ดาวเทียมและกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน ที่ไม่สามารถมองเห็นรายละเอียดที่เล็กที่สุดของวัตถุที่อยู่ห่างไกลเหล่านั้นได้ ซึ่งตลอดมาการศึกษารายละเอียดพวกนี่เราอาศัยเพียงการคำนวณทางตัวเลข แต่งานวิจัยนี่จะช่วยให้เราเข้าใจอย่างเห็นภาพได้มากขึ้นกว่าเดิม
