เราค้นพบสสารมืดแล้วหรือยัง?

เครื่องตรวจจับสสารมืด LUX-ZEPLIN ณ ศูนย์วิจัยใต้ดินแซนฟอร์ด Sanford Underground Research Facility (SURF) ในบริเวณเทือกเขา Black Hills รัฐ South Dakota สหรัฐฯ (ที่มา: https://www.llnl.gov/article/48766/lux-zeplin-dark-matter-detector-sanford-underground-research-facility-delivers-its-first)

เมื่อวันที่ 16 มิถุนายน 2023 เวลา 15:22 น. ใต้พื้นดินลึกประมาณ 1 ไมล์ในบริเวณเทือกเขาแบล็กฮิลส์ (Black Hills) รัฐเซาท์ดาโคตา สหรัฐฯ เกิดแสงวาบขึ้นอย่างฉับพลัน แสงดังกล่าวเกิดขึ้นภายในถังขนาดใหญ่ที่บรรจุของเหลวเย็นจัดและปิดผนึกอย่างแน่นหนา ถังนี้ตั้งอยู่ในห้องทดลองใต้ดินซึ่งดัดแปลงมาจากเหมืองทองคำเก่า ภายในถังมีกล้องหลายตัวที่สามารถตรวจจับแสงวาบได้ พร้อมกับการเกิดประจุไฟฟ้าที่ไหลผ่านเส้นลวดขนาดเล็กที่จุ่มอยู่ในของเหลว ถังดังกล่าวเป็นส่วนสำคัญของโครงการ LUX-ZEPLIN (LZ) หนึ่งในเครื่องตรวจจับที่นักฟิสิกส์ทั่วโลกใช้ค้นหาสสารมืด (Dark Matter) ซึ่งเชื่อว่ามีอยู่เป็นจำนวนมากในจักรวาล แต่จนถึงปัจจุบันยังไม่มีใครสามารถตรวจจับสสารมืดได้โดยตรง แม้จะมีการค้นหามานานกว่า 40 ปี

LZ จึงถูกสร้างขึ้นในห้องทดลองใต้ดินที่มีการรบกวนน้อยที่สุด เพื่อเพิ่มโอกาสในการตรวจจับสัญญาณที่อาจเกิดจากสสารมืด แต่ที่ผ่านมา เหตุการณ์ต่าง ๆ ที่ตรวจพบสามารถอธิบายได้ด้วยแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติหรือสัญญาณรบกวนพื้นหลัง (backgrounds) จึงยังไม่มีหลักฐานที่ชัดเจนของสสารมืด อย่างไรก็ตาม เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในเดือนมิถุนายน 2023 มีลักษณะแตกต่างออกไป แสงและประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นพร้อมกันบ่งชี้ว่าอาจเกิดจาก การชนกันอย่างรุนแรงระหว่างอนุภาคที่ไม่ทราบชนิดกับนิวเคลียสของอะตอมภายในเครื่องตรวจจับ ที่สำคัญ เหตุการณ์นี้ไม่สอดคล้องกับลักษณะของสัญญาณรบกวนพื้นหลังที่นักวิทยาศาสตร์รู้จัก แต่ขณะเดียวกันก็ไม่ตรงกับรูปแบบของสสารมืดที่นักวิจัยคาดว่าจะพบ เช่นกัน ดังนั้น ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถระบุได้ว่าเหตุการณ์นี้เกิดจากอะไร และยังไม่สามารถยืนยันว่าเป็นสัญญาณของสสารมืด

หลังจากการค้นหามานานถึง 40 ปี การพบเหตุการณ์ที่ไม่สามารถอธิบายได้ก็ถือเป็นเรื่องน่าตื่นเต้นอย่างมาก

Katherine Freese นักฟิสิกส์ทฤษฎีจาก University of Texas at Austin ซึ่งเป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่มีบทบาทสำคัญต่อแนวคิดการค้นหาสสารมืด กล่าวว่า เธอรอคอยผลการค้นพบที่อาจเป็นหลักฐานเชิงบวกมานานถึง 40 ปี และรู้สึกตื่นเต้นอย่างมากกับผลการทดลองของ LZ ครั้งนี้ ทีมวิจัย LZ ได้นำเสนอผลดังกล่าวในการประชุม 2026 TeV Particle Astrophysics Conference ซึ่งจัดขึ้นที่ประเทศญี่ปุ่น เมื่อวันอังคารที่ 1 กันยายน 2026 ที่ประเทศญี่ปุ่น รายงานวิจัยฉบับเต็มซึ่งมีรายละเอียดเกี่ยวกับการค้นพบนี้จะเผยแพร่ผ่านคลังเอกสารออนไลน์ arXiv และจะส่งตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review Letters  การวิเคราะห์เบื้องต้นประเมินว่า โอกาสที่เหตุการณ์นี้จะเป็นเพียงความผันผวนทางสถิติอยู่ที่ประมาณ 0.5% ซึ่งถือว่าต่ำ แต่ยังสูงกว่าเกณฑ์ที่วงการฟิสิกส์อนุภาคกำหนดไว้สำหรับการยืนยันการค้นพบอย่างเป็นทางการที่ประมาณ 0.00003%

ชุดเซนเซอร์ตรวจจับแสงซึ่งพัฒนาขึ้นที่ Brown University ได้รับการออกแบบมาเพื่อจับแสงวาบขนาดเล็กที่เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคสสารมืดเกิดปฏิสัมพันธ์กับอะตอมของซีนอนภายในเครื่องตรวจจับ LZ (ที่มา: https://www.brown.edu/news/2026-09-01/lz-dark-matter-results)

ทำไมเราจึงเชื่อว่าสสารมืดมีอยู่จริง?

สสารมืดเป็นหนึ่งในปริศนาสำคัญของจักรวาล นักวิทยาศาสตร์พบหลักฐานจากการสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวและกาแล็กซีว่ามีมวลจำนวนมากที่เราไม่สามารถมองเห็นได้ แต่ยังคงส่งผลผ่านแรงโน้มถ่วง หากมีเพียงสสารปกติที่เรามองเห็น จักรวาลในลักษณะที่สังเกตได้ในปัจจุบันจะอธิบายได้ยาก นักวิทยาศาสตร์จึงเชื่อว่าจักรวาลมีสสารมืดในปริมาณมากกว่าสสารปกติประมาณ 5 เท่า

สสารมืดไม่เปล่งแสงและแทบไม่ทำปฏิกิริยากับสสารปกติผ่านแรงพื้นฐานที่เราตรวจจับได้โดยตรง แต่ยังมีมวลและส่งผลผ่านแรงโน้มถ่วง สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบคือ สสารมืดประกอบด้วยอะไร หนึ่งในสมมติฐานที่ได้รับความสนใจมากที่สุดคือ สสารมืดอาจประกอบด้วย WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) หรืออนุภาคที่มีมวลและมีปฏิสัมพันธ์กับสสารอื่นอย่างอ่อน ตามแนวคิดนี้ WIMPs ส่วนใหญ่จะสามารถผ่านสสารปกติไปได้โดยแทบไม่เกิดปฏิกิริยา แต่ในบางครั้งอาจชนกับนิวเคลียสของอะตอมได้ หากเกิดการชนดังกล่าว เครื่องตรวจจับอย่าง LZ ก็จะสามารถตรวจจับแสงและประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นได้ ด้วยเหตุนี้ เครื่องตรวจจับสสารมืดจึงสร้างให้มีเป้าหมายจำนวนมหาศาลและติดตั้งไว้ใต้ดิน เพื่อป้องกันรังสีและอนุภาคจากสิ่งแวดล้อมให้ได้มากที่สุด อย่างไรก็ตาม แม้อยู่ใต้ดินลึกถึงหนึ่งไมล์ ก็ยังมีรังสีพื้นหลังบางส่วนที่สามารถผ่านเข้ามาได้ นอกจากนี้ วัสดุที่ใช้สร้างเครื่องตรวจจับเองก็อาจเป็นแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนได้ นักฟิสิกส์จึงต้องพยายามแยกสัญญาณเหล่านี้ออกจากสัญญาณที่อาจเกิดจากสสารมืด การที่ LZ สามารถตรวจพบเหตุการณ์ที่มีลักษณะผิดปกติได้จากเหตุการณ์เพียงครั้งเดียว แสดงให้เห็นถึงความไวของเครื่องตรวจจับที่สูงมาก

มื่อ WIMP ชนกับอะตอมของซีนอน (xenon) อะตอมของซีนอนจะปล่อยแสงวาบและอิเล็กตรอนออกมา แสงที่เกิดขึ้นจะถูกตรวจจับโดยเซนเซอร์ที่ติดตั้งอยู่ทั้งด้านบนและด้านล่างของพื้นที่ที่บรรจุซีนอนเหลว จากนั้นสนามไฟฟ้าจะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ขึ้นไปยังด้านบนของห้อง ซึ่งจะทำให้เกิดแสงวาบครั้งที่สองขึ้น (ที่มา: https://www.brown.edu/news/2026-09-01/lz-dark-matter-results)

ความผิดปกติที่ชวนสงสัย

เหตุการณ์ในเดือนมิถุนายน 2023 มีลักษณะบางอย่างที่สอดคล้องกับสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์คาดว่าจะเกิดขึ้นหากเป็น WIMP แต่มีจุดสำคัญที่ไม่ตรงกับทฤษฎี นั่นคือ เหตุการณ์นี้มีพลังงานสูงเกินไป ตามทฤษฎีแล้ว หาก LZ สามารถตรวจพบ WIMP ที่มีพลังงานสูงในระดับนี้ นักวิทยาศาสตร์ควรจะพบเหตุการณ์ที่มีพลังงานต่ำกว่าจำนวนมากก่อนหน้านี้ แต่ข้อมูลที่ผ่านมายังไม่พบเหตุการณ์เหล่านั้น ดังนั้น หากเหตุการณ์นี้เกิดจาก WIMP จริง อนุภาคดังกล่าวอาจมีคุณสมบัติแตกต่างจาก WIMP ในรูปแบบที่นักวิทยาศาสตร์คาดไว้ เช่น มีวิธีปฏิสัมพันธ์กับสสารปกติที่แตกต่างออกไป หรืออาจได้รับพลังงานจากกลไกบางอย่างก่อนเข้าสู่เครื่องตรวจจับ

Hugh Lippincott รองศาสตราจารย์จาก University of California, Santa Barbara และสมาชิกทีม LZ กล่าวว่า เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ยังไม่รู้แน่ชัดว่าสสารมืดคืออะไร จึงไม่ใช่เรื่องแปลกหากสิ่งที่พบจะไม่ตรงกับสิ่งที่คาดไว้ทั้งหมด

ขณะนี้ยังไม่สามารถระบุได้ว่าอนุภาคหรือปรากฏการณ์ใดเป็นสาเหตุของเหตุการณ์ดังกล่าว แต่ผลลัพธ์นี้น่าจะกระตุ้นให้เกิดการศึกษาทางทฤษฎีเพิ่มเติมว่า WIMP หรืออนุภาคสสารมืดในรูปแบบอื่น ๆ อาจสามารถอธิบายเหตุการณ์นี้ได้หรือไม่ อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัย LZ ยังไม่ควรสรุปว่าเป็นการค้นพบสสารมืดหรือฟิสิกส์ใหม่จากเหตุการณ์เพียงครั้งเดียว

การวิเคราะห์ครั้งนี้ยังไม่ได้ใช้วิธี Blinding ซึ่งเป็นกระบวนการสำคัญที่ช่วยลดอคติของนักวิจัยในการวิเคราะห์ข้อมูล แม้ทีมงานจะพยายามใช้วิธีทางเลือกที่เรียกว่า Salting แต่ไม่สามารถดำเนินการได้สำเร็จ ข่าวดีคือ นักวิทยาศาสตร์ยังมีข้อมูลอีกจำนวนมากที่จะช่วยตรวจสอบเหตุการณ์นี้

Richard Gaitskell ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยบราวน์และเจ้าหน้าที่ของ LZ ระบุว่า เหตุการณ์ที่นำมาวิเคราะห์ในครั้งนี้มาจากข้อมูลประมาณ 200 วัน แต่ LZ ยังมีข้อมูลอีกกว่า 700 วันที่ผ่านการปิดบังข้อมูล ซึ่งจะช่วยให้ทีมสามารถตรวจสอบผลลัพธ์ได้อย่างเป็นระบบมากขึ้น ข้อมูลชุดใหม่นี้จะช่วยตอบคำถามสำคัญว่า เหตุการณ์ที่พบเป็นเพียงความผิดปกติทางสถิติ หรือเป็นปรากฏการณ์จริงที่เกิดขึ้นซ้ำได้ หากพบเหตุการณ์ลักษณะเดียวกันเพิ่มเติม เครื่องตรวจจับสสารมืดอื่น ๆ เช่น PandaX-4T และ XENONnT จะมีบทบาทสำคัญในการตรวจสอบผลลัพธ์ หากเครื่องตรวจจับหลายแห่งพบสัญญาณที่มีลักษณะตรงกัน ก็จะช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือว่าอาจเป็นสัญญาณจาก WIMP จริง ไม่ใช่สัญญาณรบกวนพื้นหลังที่ยังไม่ทราบแหล่งที่มา

โอกาสสำคัญก่อนการค้นหา WIMP จะเข้าสู่จุดเปลี่ยน

ผลการค้นพบนี้เกิดขึ้นในช่วงเวลาสำคัญของการค้นหาสสารมืด เพราะเครื่องตรวจจับในปัจจุบันมีขนาดใหญ่และมีความไวเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่เมื่อเครื่องตรวจจับมีความไวมากขึ้น ก็จะเริ่มพบสัญญาณจากนิวตริโน (Neutrinos) ซึ่งเป็นอนุภาคที่เกิดขึ้นจากดวงอาทิตย์และกระบวนการต่าง ๆ ในชั้นบรรยากาศของโลกมากขึ้นเช่นกัน เมื่อสัญญาณจากนิวตริโนมีจำนวนมากจนไม่สามารถแยกออกจากสัญญาณที่ต้องการค้นหาได้ง่าย การค้นหา WIMP ด้วยวิธีการแบบเดิมจะมีข้อจำกัดมากขึ้น นักวิทยาศาสตร์อาจต้องเปลี่ยนแนวทางไปค้นหาอนุภาคหรือรูปแบบของสสารมืดที่แตกต่างออกไป

Juan Collar นักฟิสิกส์จาก University of Chicago ซึ่งไม่ได้เป็นสมาชิกทีม LZ มองว่า การพบเหตุการณ์ปริศนาในช่วงเวลานี้ถือเป็นโอกาสสำคัญ หากเหตุการณ์นี้ได้รับการยืนยันจากข้อมูลเพิ่มเติมและเครื่องตรวจจับอื่น ๆ ก็อาจกลายเป็นจุดเริ่มต้นของการค้นพบครั้งสำคัญในฟิสิกส์อนุภาค แต่หากไม่พบเหตุการณ์ลักษณะเดียวกันอีก การค้นหา WIMP ก็อาจต้องเข้าสู่บทใหม่ ดังนั้น คำถามว่า “เราค้นพบสสารมืดแล้วหรือยัง?” จึงยังไม่มีคำตอบในตอนนี้ สิ่งที่ LZ พบอาจไม่ใช่สสารมืดเลยก็ได้ แต่เหตุการณ์เพียงครั้งเดียวนี้กำลังเปิดประตูไปสู่คำถามใหม่ว่า อนุภาคปริศนาที่ชนกับเครื่องตรวจจับคืออะไรกันแน่ และคำตอบจากข้อมูลอีกกว่า 700 วันข้างหน้าอาจช่วยให้เราเข้าใกล้คำตอบของหนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของจักรวาลมากขึ้น

ที่มา

Scientists Hunting Dark Matter Found Something Strange, https://www.nytimes.com/2026/09/01/science/dark-matter.html

LZ Sees Surprising Result in Search for Dark Matter, https://newscenter.lbl.gov/2026/09/01/lz-sees-surprising-result-in-search-for-dark-matter/

LZ experiment sees surprising result in search for dark matter, https://www.brown.edu/news/2026-09-01/lz-dark-matter-results

Have we finally found dark matter, https://www.scientificamerican.com/article/have-we-finally-found-dark-matter