ปริศนานิวทริโนจากดวงอาทิตย์

ปริศนา

ปฏิกิริยาฟิวชันในแกนดวงอาทิตย์ปล่อยอนุภาคนิวทริโนออกมาจำนวนมหาศาล นิวทริโนแทบไม่ทำปฏิกิริยากับสิ่งใดเลย จึงพุ่งทะลุดวงอาทิตย์ออกมาได้ทันที การตรวจจับนิวทริโนจึงเป็นวิธีเดียวที่ "มองเห็น" แกนดวงอาทิตย์ได้โดยตรง

ปลายทศวรรษ 1960 เรย์มอนด์ เดวิส ตั้งถังน้ำยาซักแห้ง (สารที่มีคลอรีน) ขนาดราว 380,000 ลิตรไว้ลึกใต้ดินในเหมืองโฮมสเตก สหรัฐอเมริกา เพื่อป้องกันอนุภาคอื่นรบกวน นิวทริโนจากดวงอาทิตย์ที่ชนกับคลอรีนจะเปลี่ยนเป็นอาร์กอน ซึ่งนับจำนวนได้ทีละอะตอม ผลที่ได้คือพบนิวทริโนเพียงราวหนึ่งในสามของที่จอห์น บาห์คอลล์ คำนวณไว้จากแบบจำลองดวงอาทิตย์

ใครผิด

หลายสิบปีที่ผ่านมามีความเป็นไปได้สามทาง คือการทดลองผิด แบบจำลองดวงอาทิตย์ผิด หรือความเข้าใจเรื่องนิวทริโนผิด การทดลองอื่น ๆ ในเวลาต่อมาก็พบการขาดหายแบบเดียวกัน และการศึกษาการสั่นของดวงอาทิตย์ (helioseismology) ก็ยืนยันว่าแบบจำลองดวงอาทิตย์ถูกต้องมาก

คำตอบ: นิวทริโนเปลี่ยนชนิดได้

นิวทริโนมีสามชนิด ปฏิกิริยาในดวงอาทิตย์สร้างเฉพาะชนิดอิเล็กตรอน และการทดลองของเดวิสตรวจได้เฉพาะชนิดนี้ คำตอบคือระหว่างเดินทางมายังโลก นิวทริโนสามารถแกว่งเปลี่ยนชนิดไปมาได้ ส่วนที่หายไปจึงกลายเป็นชนิดอื่นที่เครื่องตรวจมองไม่เห็น

• ในปี ค.ศ. 1998 เครื่องตรวจซูเปอร์คามิโอกันเดในญี่ปุ่นพบหลักฐานการแกว่งของนิวทริโนที่เกิดในบรรยากาศโลก
• ในปี ค.ศ. 2001 ถึง 2002 หอสังเกตการณ์นิวทริโนซัดเบอรีในแคนาดา ซึ่งตรวจนิวทริโนได้ทุกชนิด พบว่าจำนวนรวมตรงกับที่แบบจำลองดวงอาทิตย์ทำนายพอดี

การที่นิวทริโนแกว่งเปลี่ยนชนิดได้ แปลว่านิวทริโนต้องมีมวล ซึ่งขัดกับแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคเดิม เรย์มอนด์ เดวิส และมาซาโตชิ โคชิบะ ได้รับรางวัลโนเบลปี ค.ศ. 2002 และทากาอากิ คาจิตะ กับอาร์เทอร์ แมคโดนัลด์ ได้รับรางวัลโนเบลปี ค.ศ. 2015 ปริศนาที่เริ่มจากดวงอาทิตย์จึงจบลงด้วยการค้นพบฟิสิกส์ใหม่