นักชีววิทยากับนักฟิสิกส์จับมือกันออกแบบเครื่องตรวจจับสสารมืดด้วย DNA

By: terminus
Writer
on Mon, 02/07/2012 - 23:42

สสารมืดหรือ Dark Matter คือสสารที่นักฟิสิกส์คาดว่ามีเต็มไปทั่วทั้งจักรวาล เนื่องจากนักฟิสิกส์เอามวลทั้งหมดของสสารที่มองเห็นได้มาบวกๆ รวมกันแล้ว พบว่ามันไม่เพียงพอที่จะอธิบายปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ที่เกิดขึ้น นักฟิสิกส์คำนวณได้ว่าสสารในจักรวาลของเราเป็นสสารมืด 85% นอกนั้นก็เป็นสสารที่เราเห็น

แต่จนถึงปัจจุบัน นักฟิสิกส์ก็ยังคงไม่รู้ว่าสสารมืดคืออะไร ทฤษฎีที่น่าเชื่อถือที่สุดบอกไว้ว่าสสารมืดเป็นอนุภาคที่เรียกว่า "Weakly Interacting Massive Particles" (หรือย่อว่า WIMPs) ซึ่งจะทำอันตรกิริยากับแรงโน้มถ่วงและแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน (weak force) เท่านั้น แรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม (strong force) ไม่มีผลอะไรต่อมัน

เครื่องตรวจจับสสารมืดหลายอันก็ให้ผลที่ไม่สอดคล้องกัน การทดลอง CoGeNT ในรัฐ Minnesota สหรัฐอเมริกา และ DAMA/LIBRA ในอิตาลี รายงานว่า ในเดือนมิถุนายนมีสัญญาณการพุ่งชนของอนุภาคลึกลับมากกว่าสัญญาณที่พบในเดือนธันวาคม ซึ่งตรงกับที่ทฤษฎีทำนายไว้ เนื่องจากในเดือนมิถุนายน ทิศทางโคจรของโลกเคลื่อนที่พุ่งเข้าสู่ "ทะเลสสารมืด" โดยตรง แต่ในเดือนธันวาคม ดวงอาทิตย์จะแหวกผ่านทะเลสสารมืดนำหน้าโลกไปก่อน โลกจึงโดนสสารมืดพุ่งผ่านน้อยลง (อ่านรายละเอียดจาก New Scientist)

ผลการทดลองของ CoGeNT และ DAMA/LIBRA ขัดกับผลการทดลองของ CDMS-II และ XENON1O0 ซึ่งไม่พบความแตกต่างอะไรเลยในช่วงเวลาทั้งสองของปี ทั้งที่เครื่องตรวจจับของ CDMS-II และ XENON1O0 นั้นมีความละเอียดมากกว่าเครื่องตรวจจับ CoGeNT ด้วยซ้ำ

กลุ่มนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์และนักชีวเคมีที่นำโดย Andrzej Drukier แห่งบริษัท Biotraces คิดว่าปัญหาหลักของการตรวจจับสสารมืดคือเราไม่มีวิธีตรวจจับที่ละเอียดเพียงพอ พวกเขาจึงรวมหัวกันออกแบบเครื่องตรวจจับอนุภาคแบบใหม่ที่คาดว่าละเอียดพอที่จะศึกษาสสารมืดได้

เครื่องตรวจจับที่ Andrzej Drukier ออกแบบเสนอขึ้นมานี้ประกอบด้วยแผ่นฟอยล์ทองคำขนาด 1 ตารางเมตร ด้านใต้ผ่านทองคำจะมีสาย DNA สายเดี่ยวที่มีลำดับเบสจำเพาะสั้นๆ เรียงรายอย่างเป็นระเบียบ

เมื่อ WIMPs พุ่งเข้าชนแผ่นทองคำ มันมีโอกาสที่อนุภาค WIMPs บางตัววิ่งชนนิวเคลียสของทองคำอย่างจังๆ จนทำให้นิวเคลียสของทองคำกระเด็นหลุดออกไปชนกับสาย DNA และทำให้ DNA ฉีกขาดกระจุยกระจาย (โอกาสของเหตุการณ์นี้มีน้อยๆ มาก แต่หาก WIMPs เป็นสสารมืดที่กระจายไปทั่วจักรวาลดั่งที่นักฟิสิกส์คิด มันจะต้องมี WIMPs วิ่งผ่านแผ่นทองคำนี้เป็นล้านล้านตัวต่อวินาที ดังนั้นไม่ว่าจะมีโอกาสน้อยแค่ไหน มันก็สามารถเกิดขึ้นได้)

เนื่องจากสาย DNA ทุกสายมีลำดับเบสเฉพาะของมัน ดังนั้นเมื่อนำสาย DNA ทุกสายที่ติดอยู่ใต้แผ่นทองคำมาวิเคราะห์ว่ามันขาดตรงจุดไหนบ้าง นักวิทยาศาสตร์ก็จะสามารถคำนวณย้อนกลับไปได้ว่าอนุภาค WIMPs ที่เข้าชนแผ่นทองคำมีมวล, ความเร็ว, และพฤติกรรมอย่างไร

Andrzej Drukier คุยโวว่า หากสร้างสำเร็จเมื่อไร เครื่องตรวจจับนี้จะมีความละเอียดมากกว่าเครื่องตรวจจับสสารมืดที่มีอยู่ถึง 1,000 เท่า และสามารถวิเคราะห์ทิศทางการชนในสามมิติได้ด้วย

ข้อได้เปรียบอีกประการของเครื่องตรวจจับที่ใช้ DNA คือ มันสามารถทำงานได้ในอุณหภูมิห้อง ไม่จำเป็นต้องต้องอยู่ในอุณหภูมิที่เย็นยิ่งยวดเหมือนเครื่องตรวจจับที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน

งานวิจัยนี้เผยแพร่ใน arXiv:1206.6809v1

ที่มา - New Scientist

3 Comments

specimen's picture

แค่่วิธีคิดก็สุดยอดแล้วครับ

คิดได้ยังไง เอามาสัมพันธ์กันได้ขนาดนั้น

เสมา's picture

ดีเอ็นเอมันจะไม่สลายตัวด้วยกระบวนการอื่นเลยรึ...

ปกติสารอินทรีย์มันสลายตัวง่ายนิ...

virusfowl's picture
  • ด้านใต้ผ่านทองคำจะมีสาย << ผ่าน > แผ่น
  • ไม่จำเป็นต้องต้องอยู่ในอุณหภูมิที่เย็นยิ่งยวดเหมือนเครื่องตรวจจับที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน

    << ต้องเกินมาคำนึงครับ

สังเกตว่า "ทองคำ" นี่ถูกนำมาใช้ในการทดลองแบบที่เน้นความละเอียดมากๆ หลายอย่างเลยแฮะ ตกลงมันไม่ได้มีประโยชน์แค่เป็นเครื่องประดับสินะ