อาร์เธอร์ แมคโดนัลด์ และทะกะอะกิ คะจิตะ นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี พ.ศ. 2558 ในฐานะ “การค้นพบปรากฏการณ์การแกว่งของนิวตริโน ซึ่งชี้ให้เห็นว่านิวตริโนนั้นมีมวล”

ประวัติการค้นพบนิวตริโน

รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ปี 2015 2558_4 — บริเวณที่เป็นแนวการชน 3 แนว (ด้านขวา) คือ จุดปะทะกันระหว่างอนุภาค Credit Image courtesy of Argonne National Laboratory, 13 November 1970

หลังจากเจมส์ แชดวิก (James Chadwick) ได้ค้นพบอนุภาคนิวตรอนเป็นคนแรก ก็มีการค้นพบต่อมาว่านิวตรอนสามารถสลายตัวให้อนุภาคบีตาได้ โดยนิวตรอนจะสลายตัวออกมาเป็นอนุภาคอีก 3 ตัวได้แก่ โปรตอน อิเล็กตรอน(หรืออนุภาคบีตาลบ) และอนุภาคนิวตริโน (แต่คนที่บัญญัติชื่อ นิวตริโน คือ เอนรีโก แฟร์มี)

รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ปี 2015 2558_3 — ภาพ concept ที่แสดงให้เห็นว่าเจ้าอนุภาคนิวตริโนสามารถสวมกางเกงเป็นนิวตริโนชนิดอื่นๆได้อีก 3 ชนิด ซึ่งหมายถึงมันสามารถเปลี่ยนโฉมเป็นตัวไหนก็ได้ Credit NobelPrize 2015

หลังจากนั้นในปี 1970 วันที่ 13 พฤศจิกายน ได้ยืนยันการค้นพบอนุภาคนิวตริโนผ่านการทดลองในห้องฟอง (Bubble Chamber) ไฮโดรเจน โดยสังเกตจากแนวปะทะที่เกิดจากการชนกันระหว่างอนุภาคนิวตริโน และโปรตอนในอะตอมของไฮโดรเจน

ในปี 1988 ศาสตราจารย์ ทะกะอะกิ คะจิตะ และคณะ ได้ทำการทดลองโดยศูนย์สังเกตการณ์คะมิโอะกะแห่งสถาบันวิจัยรังสีคอสมิก มหาวิทยาลัยโตเกียว KamiokaNDE ค้นพบว่านิวตริโนชนิดมิวออนนิวตริโน ซึ่งวิ่งเข้ามาในชั้นบรรยากาศโลกนั้น ได้หายไปในระหว่างการเดินทาง และได้เรียกว่าเป็น “ปรากฏการณ์ผิดธรรมดาของนิวตริโนในชั้นบรรยากาศ” (atmospheric neutrino anomaly) ที่ต่อมามีคำอธิบายและสรุปว่าเป็น “ปรากฏการณ์การแกว่งของนิวตริโน” (neutrino oscillation) โดยนิวตริโนชนิดหนึ่งสามารถเปลี่ยนตัวเองไปเป็นนิวตริโนชนิดอื่นได้ ทำให้ทราบว่านิวตริโนจำเป็นต้องมีมวล

รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ปี 2015 2558_2 — ห้องตรวจจับอนุภาคนิวตริโนที่ Kamioka ประเทศญี่ปุ่น Credit NobelPrize 2015

ขณะเดียวกันอาร์เธอร์ แมคโดนัลด์ จากประเทศแคนนาดา แมคโดนัลด์และทีมวิจัยแห่งศูนย์สังเกตการณ์นิวตริโนซัดบิวรีได้ค้นพบปรากฏการณ์การแกว่งของอนุภาคนิวตริโนเมื่อเดือนสิงหาคม ปี 2001 โดยใช้อุปกรณ์ตรวจจับนิวตริโนที่ตั้งอยู่ในเหมืองเก่าลึกลงไปใต้ดินกว่า 2,100 เมตรใกล้เมืองซัดบิวรี รัฐออนแทรีโอ โดยทีมวิจัยพิสูจน์ได้ว่านิวตริโนจากดวงอาทิตย์นั้นสามารถแกว่งและเปลี่ยนรูปไปเป็น อิเล็กตรอนนิวตริโน มิวออนนิวตริโน หรือเทานิวตริโนได้จริง ผลงานดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ใน Physical Review Letters ซึ่งเป็นวารสารวิชาการเชิงวิทยาศาสตร์โดยสมาคมฟิสิกส์แห่งอเมริกา และได้รับการพิจารณาว่าเป็นผลงานที่สำคัญมากชิ้นหนึ่ง ผลงานชิ้นนี้ได้พิสูจน์และแก้ปัญหาของนิวตริโนที่มาจากดวงอาทิตย์โดยใช้คำอธิบายจากปรากฏการณ์การแกว่งของนิวตริโน

ผลงานการค้นพบทั้งสองคนนี้ให้ผลตรงกัน ทำให้พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2015 ในฐานะ “การค้นพบปรากฏการณ์การแกว่งของนิวตริโน ซึ่งชี้ให้เห็นว่านิวตริโนนั้นมีมวล”

รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ปี 2015 2558_1 — ห้องตรวจจับอนุภาคนิวตริโนที่มีถิ่นกำเนิดจากใจกลางดวงอาทิตย์และเคลื่อนที่มายังโลก Credit NobelPrize 2015

นิวตริโนมีกี่ชนิด และมีมวลเท่าไหร่

ปัจจุบันเราค้นพบว่าอนุภาคนิวตริโนมีอยู่ด้วยกัน 3 ชนิด ได้แก่ Electron Neutrino (ค้นพบในปี 1930) Muon Neutrino (ค้นพบในปี 1940) และ Tao Neutrino (ค้นพบในปี 1970) และอนุภาคนิวตริโนทั้งสามชนิดนี้มีมวลรวมกัน $5.7 \times 10^{-37} kg$ ซึ่งมีค่าน้อยมาก

Reference and More Detail & Media
“The Nobel Prize in Physics 2015.“. [Online]. via : nobelprize 2015.
“SUDBURY NEUTRINO OBSERVATORY (SNO).“. [Online]. via : nobelprize 2015.
“SUPERKAMIOKANDE.“. [Online]. via : nobelprize 2015.
“Neutrino.“. [Online]. via : wiki 2015.