เผยแนวคิด "เครื่องตรวจวัดกราวิตอน" ครั้งแรกของโลก มุ่งไขปริศนาแรงโน้มถ่วงในระดับควอนตัม
นักวิทยาศาสตร์ค้นพบหนทางใหม่ในการตรวจจับ "กราวิตอน" อนุภาคพื้นฐานของแรงโน้มถ่วงที่เคยเชื่อกันว่าเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ โดยอาศัยการผสมผสานเทคโนโลยีควอนตัมสมัยใหม่เข้ากับปรากฏการณ์คลื่นความโน้มถ่วง เพื่อสร้างเครื่องมือตรวจวัดชนิดใหม่ที่จะช่วยเชื่อมโยงความเข้าใจระหว่างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมเข้าด้วยกัน
วิชาฟิสิกส์สมัยใหม่เผชิญกับความขัดแย้งลึกซึ้งระหว่าง "กลศาสตร์ควอนตัม" ซึ่งอธิบายธรรมชาติผ่านอนุภาคและการปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ต่อเนื่อง กับ "ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป" ที่อธิบายว่าแรงโน้มถ่วงคือความโค้งมนที่ราบเรียบของปริภูมิ-เวลา หากต้องการรวมแรงโน้มถ่วงเข้ากับกรอบการทำงานของควอนตัม แรงนี้จะต้องมีอนุภาคที่เป็นสื่อกลางเรียกว่า "กราวิตอน" (Graviton)
ทว่าการตรวจจับกราวิตอนเพียงอนุภาคเดียวเคยถูกมองว่าเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้อย่างสิ้นเชิง จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2567 ทีมวิจัยนำโดยผู้ช่วยศาสตราจารย์ อีกอร์ พิโคฟสกี จากสถาบันเทคโนโลยีสตีเวนส์ ได้ตีพิมพ์ผลงานในวารสาร Nature Communications ที่ระบุว่าการตรวจจับกราวิตอนสามารถทำได้จริงด้วยเทคโนโลยีควอนตัมในปัจจุบัน โดยชี้ให้เห็นว่าข้อจำกัดเดิม ๆ ในอดีตสามารถก้าวข้ามได้ด้วยการควบคุมระบบควอนตัมขนาดมหภาค
แนวทางใหม่นี้เป็นการรวมความก้าวหน้าครั้งสำคัญสองประการเข้าด้วยกัน ประการแรกคือการค้นพบ "คลื่นความโน้มถ่วง" หรือแรงสั่นสะเทือนในปริภูมิ-เวลาที่เกิดจากการชนกันของหลุมดำหรือดาวนิวตรอน ซึ่งถูกตรวจพบครั้งแรกในปี พ.ศ. 2558 ตามคำทำนายของไอน์สไตน์ ในมุมมองทางควอนตัม คลื่นเหล่านี้เปรียบเสมือนกลุ่มก้อนขนาดใหญ่ของกราวิตอนที่เคลื่อนที่พร้อมกัน เครื่องตรวจวัดในปัจจุบันจึงเห็นเพียงผลกระทบในระดับมหภาค
แต่ยังไม่สามารถแยกแยะอนุภาคแต่ละตัวออกมาได้ ประการที่สองคือความก้าวหน้าในวิศวกรรมควอนตัมที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถควบคุมวัตถุที่มีมวลมากให้อยู่ในสถานะควอนตัมได้ โดยในปี พ.ศ. 2565 ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเยลประสบความสำเร็จในการตรวจวัดพลังงานสั่นสะเทือนของฮีเลียมเหลวที่มีมวลมากกว่าหนึ่งนาโนกรัมได้ทีละหน่วยควอนตัม ซึ่งพิสูจน์ว่าวัตถุขนาดใหญ่ก็สามารถแสดงพฤติกรรมทางควอนตัมที่วัดผลได้
ทีมวิจัยตระหนักว่าหากนำแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงมาใช้ร่วมกับเซนเซอร์ควอนตัมขนาดมหภาค จะช่วยเปิดทางสู่การตรวจจับกราวิตอนเดี่ยวได้ หลักการคือเมื่อคลื่นความโน้มถ่วงเคลื่อนที่ผ่านระบบควอนตัมที่มีความไวสูงเป็นพิเศษ มันจะถ่ายโอนพลังงานเพียงหนึ่งหน่วยควอนตัมหรือหนึ่งกราวิตอนลงในระบบ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของการสั่นสะเทือนในระดับที่เล็กมากแต่สามารถวัดค่าได้
แม้ว่ากราวิตอนจะมีแรงปฏิสัมพันธ์กับสสารที่อ่อนมาก แต่ทฤษฎีบ่งชี้ว่าระบบควอนตัมที่มีมวลตั้งแต่ระดับกรัมไปจนถึงกิโลกรัม หากได้รับคลื่นความโน้มถ่วงที่รุนแรงจากการรวมตัวของหลุมดำ จะสามารถดูดซับกราวิตอนเดี่ยวในอัตราที่ตรวจวัดได้
ปัจจุบันภายใต้การสนับสนุนของมูลนิธิ ดับเบิลยู. เอ็ม. เคก (W. M. Keck Foundation) พิโคฟสกีและทีมงานได้เริ่มโครงการทดลองเพื่อสร้างเครื่องสะท้อนสัญญาณจากฮีเลียมเหลวความเย็นจัดขนาดเซนติเมตร
อุปกรณ์นี้ถูกออกแบบมาให้อยู่ในสถานะพื้นทางควอนตัม เพื่อให้การเพิ่มขึ้นของพลังงานสั่นสะเทือนแม้เพียงหน่วยเดียวสามารถถูกตรวจพบได้ด้วยระบบเลเซอร์วัดค่า "โฟนอน" (Phonon) หรือหน่วยควอนตัมของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการดูดซับกราวิตอน ซึ่งถือเป็นการขยับขยายขีดความสามารถของห้องปฏิบัติการจากระดับนาโนกรัมขึ้นมาสู่ระดับกรัม โดยยังคงรักษาความไวในระดับควอนตัมไว้ได้
ความสำเร็จของโครงการนี้จะเป็นต้นแบบให้กับเครื่องตรวจวัดในอนาคตที่สามารถรับสัญญาณจากแหล่งกำเนิดในอวกาศได้อย่างสมบูรณ์ ซึ่งจะช่วยเปิดหน้าต่างบานใหม่สู่การศึกษา "ความโน้มถ่วงเชิงควอนตัม" (Quantum Gravity) และทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถทดสอบพฤติกรรมของปริภูมิ-เวลาในระดับที่พื้นฐานที่สุดได้ เช่นเดียวกับที่การทดลองเรื่องแสงในต้นศตวรรษที่ 25 เคยทำให้นักฟิสิกส์ค้นพบโฟตอนและเปลี่ยนโฉมหน้าวงการวิทยาศาสตร์ไปตลอดกาล
โครงการนี้กำลังเปลี่ยนทฤษฎีที่เคยอยู่แค่ในกระดาษให้กลายเป็นวิทยาศาสตร์ที่พิสูจน์ได้ด้วยข้อมูลจากการทดลองจริงในห้องปฏิบัติการ
👨🚀 ข้อมูลอ้างอิง: Science Daily
- Keck backed team advances first graviton detector concept
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
