ปฏิสสาร

ปฏิสสาร : ภาพถ่ายจากห้องถ่ายภาพเมฆของโพสิตรอนที่สังเกตได้เป็นครั้งแรก

ในวิชาฟิสิกส์อนุภาค ปฏิสสาร (อังกฤษ: Antimatter) คือ ส่วนประกอบของแนวคิดเกี่ยวกับปฏิอนุภาคของสสาร โดยที่ปฏิสสารประกอบด้วยปฏิอนุภาคในทำนองเดียวกับที่อนุภาคประกอบขึ้นเป็นสสารปรกติ ตัวอย่างเช่น แอนติอิเล็กตรอน (ปฏิอุนภาคของอิเล็กตรอน หรือ e⁺) 1 ตัว และแอนติโปรตอน (โปรตอนที่มีขั้วเป็นลบ) 1 ตัว สามารถรวมตัวกันเกิดเป็นอะตอมแอนติไฮโดรเจนได้ ในทำนองเดียวกันกับที่อิเล็กตรอน 1 ตัวกับโปรตอน 1 ตัวสามารถรวมกันเป็นอะตอมไฮโดรเจนที่เป็น "สสารปกติ" หากนำสสารและปฏิสสารมารวมกัน จะเกิดการทำลายล้างกันในทำนองเดียวกับการรวมอนุภาคและปฏิอนุภาค ซึ่งจะได้โฟตอนพลังงานสูง (หรือรังสีแกมมา) หรือคู่อนุภาค-ปฏิอนุภาคอื่น เมื่อปฏิอนุภาคเจอกับอนุภาคจะเกิดการระเบิด

ยังเป็นข้อสงสัยอยู่ว่า ทำไมเอกภพที่สังเกตได้จึงมีแต่สสารเกือบทั้งหมด มีที่แห่งอื่นอีกหรือไม่ที่มีแต่ปฏิสสารเกือบทั้งหมด และอะไรจะเกิดขึ้นหากสามารถนำปฏิสสารมาใช้งาน ขณะนี้ การที่มีสสารกับปฏิสสารอยู่อย่างไม่สมดุลในเอกภพที่สังเกตได้เป็นหนึ่งในปัญหาที่ยังไขไม่ออกที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในวิชาฟิสิกส์ กระบวนการที่ทำให้เกิดความไม่สมดุลระหว่างอนุภาคกับปฏิอนุภาคนี้ เรียกชื่อว่า แบริโอเจเนซิส

มีบางอย่าง 500 แห่ง ส่องกะพริบรังสีแกมม่าอยู่บนพื้นโลกเป็นประจำทุกวัน จุดสีแดงที่ปรากฏที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีเฟอร์มิ (Fermi-ray) พบจนถึงปี 2010

ประวัติศาสตร์แนวคิด

ความคิดในเรื่องสสารเชิงลบได้มีปรากฏในทฤษฎีเรื่องของสสารที่ผ่านมาในอดีต เป็นทฤษฎีซึ่งขณะนี้ได้ถูกละทิ้ง โดยใช้ทฤษฎีที่ครั้งหนึ่งเคยได้รับความนิยมคือ ทฤษฎีแห่งความน่าจะเป็นของการหมุนวนของแรงโน้มถ่วงของสสารกับแรงโน้มถ่วงเชิงลบซึ่งกล่าวไว้โดยวิลเลียม ฮิคส์ ในคริสต์ทศวรรษ 1880 ระหว่างคริสต์ทศวรรษ 1880 และ 1890 คาร์ล เพียร์สันได้นำเสนอการดำรงอยู่ของการพ่น (squirts) (ของแหล่งกำเนิด) และการยุบตัวของการไหลของอีเทอร์ แสดงถึงการพ่นตัวของสสารปกติและแสดงถึงการยุบตัวของสสารเชิงลบ เทอมที่เพียร์สันให้ความน่าเชื่อถือกับการบัญญัติศัพท์ ทฤษฎีของเพียร์สันจำเป็นต้องใช้มิติที่สี่สำหรับการไหลเข้าและไหลออกของอีเทอร์

เทอมของปฏิสสารถูกใช้เป็นครั้งแรกโดยอาเธอร์ ชูสเตอร์ (Arthur Schuster) ในจดหมายที่ค่อนข้างแปลกสองฉบับในวารสารเนเจอร์ (Nature) ในปี 1898 ซึ่งเขาเรียกว่าเทอมของเหรียญ เขาได้ตั้งสมมติฐานเรื่องแอนติอะตอม (antiatom) ตลอดทั่วทั้งระบบสุริยะของปฏิสสาร และกล่าวถึงความเป็นไปได้ของสสารและการเกิดประลัย (annihilating) ซึ่งกันและกัน ความคิดของชูสเตอร์ไม่ถูกกับข้อเสนอทางทฤษฎีอย่างร้ายแรง เป็นเพียงการคาดเดาเอาเองเท่านั้น และเช่นเดียวกับความคิดก่อนหน้านี้ แตกต่างจากแนวคิดที่ทันสมัยของปฏิสสารในการที่จะมีแรงโน้มถ่วงเชิงลบ

ทฤษฎีใหม่ของปฏิสสารเริ่มต้นขึ้นในปี 1928 ด้วย รายงานการวิจัยโดย พอล ไดเรก (Paul Dirac) ไดเรก ตระหนักถึงความเป็นไปได้ของหลักสัมพัทธภาพของเขาเวอร์ชั่นสมการคลื่นของชโรดิงเจอร์ (Schrödinger wave equation) สำหรับอิเล็กตรอนที่คาดการณ์ถึงการมีอยู่ของ แอนติอิเล็กตรอน ซึ่งถูกค้นพบโดย คาร์ล แอนเดอสัน (Carl D. Anderson) ในปี 1932 และตั้งชื่อว่าโพสิตรอน (ศัพท์ย่อของ"อิเล็กตรอนบวก") แม้ว่า โดยส่วนตัวไดเรกเองจะไม่ได้ใช้เทอมของปฏิสสาร แต่การใช้งานดังต่อไปนี้ก็เกี่ยวข้องกับธรรมชาติที่พอเพียงจาก แอนติอิเล็กตรอน (antielectron), แอนติโปรตอน (antiproton), ฯลฯ ตารางธาตุที่สมบูรณ์ของปฏิสสารที่ถูกคิดขึ้นโดย ชาร์ลส์ เจเน็ต (Charles Janet)ในปี 1929

แหล่งข้อมูลอื่น

• Freeview Video 'Antimatter' by the Vega Science Trust and the BBC/OU
• CERN Webcasts (RealPlayer required)
• What is Antimatter? (from the Frequently Asked Questions at the Center for Antimatter-Matter Studies)
• FAQ from CERN with lots of information about antimatter aimed at the general reader, posted in response to antimatter's fictional portrayal in Angels & Demons
• What is direct CP-violation?
• Animated illustration of antihydrogen production at CERN from the Exploratorium.