หลุมดำในบรรยากาศโลก?
ปัจจุบัน “หลุมดำ” หรือ “Black Hole” ไม่ได้มีคำจำกัดความอยู่แค่ซากของดวงดาวที่มีแรงโน้มถ่วงสูงในอวกาศเท่านั้น นักฟิสิกส์หลายๆคนเชื่อว่าหลุมดำขนาดเล็กๆ เล็กกว่าอะตอม ก็สามารถเกิดขึ้นได้ เช่น ในห้องทดลองฟิสิกส์อนุภาค หรือแม้แต่เกิดขึ้นในบรรยากาศชั้นสูงของโลก!
หลุมดำ สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อดาวฤกษ์ขนาดยักษ์เผาผลาญเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของมันหมดลง แรงโน้มถ่วงมหาศาลจะทำให้ดาวยุบตัวลง เกิดเป็นเคหะวัตถุที่มีแรงดึงดูดมากพอที่จะดึงดูดวัตถุทุกชนิดแม้แต่แสงไม่ให้หลุดรอดออกไปได้ แต่นั่นไม่ใช่วิธีเดียวที่จะสร้างหลุมดำ ในทฤษฎีฟิสิกส์อนุภาคสมัยใหม่อนุภาคที่พลังงานสูงมากๆสามารถที่จะทำให้เกิดหลุมดำได้ เช่น การชนกันของอนุภาคพลังงานสูงในเครื่องเร่งอนุภาค หรือแม้แต่อนุภาคพลังงานสูงในรังสีคอสมิก (Cosmic ray)
รังสีคอสมิกเป็นอนุภาคพลังงานสูงจากอวกาศ ซึ่งเมื่อผ่านเข้ามาในบรรยากาศโลก จะเกิดการชนกันอนุภาคในบรรยากาศ และให้เกิดอนุภาคเล็กๆหลายชนิด กระจากกันเป็นกลุ่มฝนที่เรียกว่า Shower แต่ละกลุ่มจะกระจัดกระจายตกลงมายังพื้นโลกและครอบคลุมพื้นที่ได้กว้างขวางหลายตารางกิโลเมตร นักฟิสิกส์สามารถตรวจจับได้อนุภาคเหล่านี้ได้ด้วยเครื่องวัดบนผิวโลก เช่น เครื่องตรวจวัดรังสีคอสมิกที่ Pierre Auger Observatory ซึ่งเริ่มก่อสร้างมาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2546
ศูนย์ตรวจวัดรังสีคอสมิก Pierre Auger Observatory ตั้งชื่อตาม Pierre Auger นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสผู้บุกเบิกการศึกษารังสีคอสมิก ศูนย์ตรวจวัดรังสีนี้มีเครื่องวัดอยู่ด้วยกันสองตำแหน่ง แห่งหนึ่งอยู่ที่ประเทศอาเจนตินา อีกแห่งหนึ่งอยู่ในสหรัฐอเมริกา แต่ละแห่งประกอบด้วยเครื่องตรวจจับอนุภาค 1,600 เครื่อง ซึ่งจัดตั้งให้ครอบคลุมพื้นที่กว่า 3,000 ตารางกิโลเมตร
ในปี พ.ศ. 2545 นักฟิสิกส์ Jonathan Feng และ Alfred Shapere จากมหาวิทยาลัย MIT (Massachusetts Institute of Technology) เสนอว่าอนุภาคที่อยู่ในรังสีคอสมิกอาจจะมีพลังงานสูงพอที่จะสร้างหลุมดำขนาดจิ๋ว ซึ่งเล็กกว่าขนาดของอะตอม หลุมดำจิ๋วเหล่านี้ไม่มีเสถียรภาพ มันจะสลายตัวอย่างรวดเร็วไปอนุภาคอื่นๆ มากมายเกิดเป็นกลุ่มฝนของอนุภาคซึ่งน่าจะสังเกตได้ด้วยเครื่องมือของ Pierre Auger Observatory
อย่างไรก็ดีทีมนักวิจัยซึ่งนำโดย Dejan Stojkovic นักฟิสิกส์จาก Case Western Reserve University เสนอความเห็นที่แตกต่าง เขาเชื่อว่าปรากฏการณ์ที่สร้างหลุ่มดำจากรังสีคอสมิกคือการกระเจิงของอนุภาคนิวตริโนที่พลังงานในระดับ TeV ( 1 tera electron volt = 1.60217646 x 10-7 จูล) น่าจะเร่งปฏิกิริยาการสลายตัวของโปรตอนซึ่งจะทำให้เราไม่สามารถตรวจวัดโปรตรอนที่เกิดจากการสลายตัวของหลุมดำ
Stojkovic เชื่อว่าอาจปรากฏการณ์นี้อาจจะทำให้การตรวจหาหลุมดำจิ๋วในรังสีคอสมิกของ Pierre Auger Observatory ที่ดำเนินการระหว่างปี พ.ศ. 2546-2551 ทำได้ลำบากขึ้น ซึ่งเราคงต้องรอฟังผลการทดลองต่อไป
ในภาพแสดงกลุ่มฝนของอนุภาคที่เกิดจากการที่รังสีคอสมิกชนกับอนุภาคในบรรยากาศโลก และสร้างหลุมดำขนาดเล็กๆขึ้นมา หลุมดำเหล่านี้มีอายุสั้นและจะสลายตัวให้อนุภาคเล็กๆชนิดอื่นๆมากมาย ส่วนอีกภาพเป็นเครื่องวัดที่ Pierre Auger Observatory