เราทุกคนรู้ว่าแท่งแม่เหล็กทุกแท่งมีขั้วเหนือ และขั้วใต้ และหากเราตัดแท่ง แม่เหล็กนั้นออก เป็นสองท่อน 4 ท่อน.....5 ท่อน.....ชิ้นแม่เหล็กแต่ละชิ้นก็จะมีขั้วเหนือและขั้ว ใต้อยู่ร่ำไป เมื่อเป็นเช่นนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงมีความคิดว่าเราจะไม่มีวันพบ ขั้วแม่เหล็กเดี่ยว (magnetic monopole) ในธรรมชาติเลย

แต่ในปี พ.ศ. 2474 นักฟิสิกส์ระดับรางวัลโนเบลชาวอังกฤษ คนหนึ่งชื่อ P.A.M. Dirac ได้ครุ่นคิดว่า หากธรรมชาติมีประจุไฟฟ้าเดี่ยวๆ เช่น อิเล็กตรอน (electron) และโปรตอน (proton) แล้วเหตุไฉนฟ้าจึงไม่สร้าง monopole ให้เราบ้าง เพราะ ปรากฏการณ์แม่เหล็ก และปรากฏการณ์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนั้น เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่มีสมุฎฐานคล้ายคลึงกัน

Dirac จึงได้ตั้งสมมติฐานว่ามี monopole ในธรรมชาติ และจากสมมติฐานนี้ Dirac ก็สามารถ ตอบคำถามๆ หนึ่งที่ได้ ทำให้คนทั้งโลกงุนงงมานานได้ว่า เหตุใดประจุไฟฟ้าที่เราพบ ในธรรมชาติจึงมีค่าเป็นจำนวนเต็มเท่าของอิเล็กตรอน (แปลว่า ถ้าเราให้ประจุของอิเล็กตรอน เท่ากับ e แล้วประจุที่พบทุกครั้ง จะมีค่า 1e, 2e หรือ 7e,.... แต่เราจะไม่มีวันพบประจุที่มีค่า 1.324e หรือ 6.543e.......เลย) โดย Dirac ได้ให้เหตุผลว่า การที่ประจุไฟฟ้าธรรมชาติมีค่า เป็นจำนวนเท่าของอิเล็กตรอนนั้นเพราะเรา “มี” ขั้วแม่เหล็กเดี่ยว (monopole) ในธรรมชาติ นั่นเอง

จินตนาการของ Dirac นี้ได้กระตุ้นให้นักฟิสิกส์ทั่วโลก เริ่มค้นหา monopole ทั้งใน มหาสมุทร ในอุกกาบาต ในน้ำแข็งขั้วโลก ในหินบนดวงจันทร์ ในเครื่องเร่งอนุภาค ใน ฯลฯ ถึงแม้ ตลอดระยะเวลา 66 ปีที่ผ่านมายังไม่มีใครประสบความสำเร็จเลย แต่ของนักวิทยาศาสตร์ก็ยัง พยายามต่อไป เพราะคนที่ค้นหากับคนที่รอคอยฟังผลต่างก็รู้ดีว่าเขาผู้ใดที่พบเห็น monopole เป็นคนแรก เขาผู้นั้นจะได้รับรางวัลโนเบลสาขา ฟิสิกส์ทันที

ในวารสาร Physical Review Letters ฉบับเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2540 Y. He แห่งมหาวิทยาลัย California ที่ Berkeley ในสหรัฐอเมริกาได้รายงานข่าวความล้มเหลวในการ พบ monopole ให้โลกช้ำต่อไปอีกว่า หลังจากที่เขาได้ทดลองยิงเป้าโลหะ ด้วยกระสุนที่เป็นนิวเคลียส ของทองคำและตะกั่ว ซึ่งกระสุนเหล่านี้มีความเร็วเกือบเท่าความเร็วแสง เขาได้ วิเคราะห์นิวเคลียสใหม่ที่เกิดขึ้นและพบว่า ตลอดระยะเวลา 5 ปีนั้น เขาไม่เห็นร่องรอยหรือวี่แวว ของ monopole เลย

นักฟิสิกส์ที่ได้เฝ้าคอยผลการทดลองของ He ได้ให้คำอธิบายการ “ไม่พบ” ครั้งนี้ว่า เป็นเพราะเครื่องเร่งอนุภาคที่ He ใช้ในการทดลอง มีพลังงานไม่สูง พอที่จะสร้าง monopole

นักฟิสิกส์ปัจจุบันเชื่อว่า ย้อนหลังไปเมื่อ 15,000 ล้านปีก่อน เมื่อจักรวาลระเบิด (big bang) ใหม่ๆ monopole มีมากมายเหล่า monopole เหนือเมื่อปะทะกับเหล่า monopole ใต้ทำให้เกิดอะตอม แม่เหล็ก แต่ monopole ที่ไม่เผชิญ monopole ขั้วตรงกันข้าม ก็ยังคงกระจัดกระจายอยู่ทั่วจักรวาล

ตามทฤษฎี monopole นี้จะหนักกว่าอนุภาคโปรตอนถึงพันล้าน ล้านเท่า (คือหนักเท่ากับตัว amoeba) และมีประจุประมาณ 68 เท่าของอิเล็กตรอน การมีมวลและประจุมากเช่นนี้ น่าจะทำให้การค้นหาหรือ ตรวจสอบเป็นเรื่องง่ายซึ่ง He ก็รู้และได้ออกแบบอุปกรณ์ตรวจจับ monopole ที่ดี คือใช้แก้วที่ทำด้วย barium-phosphate โดยเขาคาดหวังว่าเวลา monopole พุ่งทะลุผ่านแก้ว เขาควรจะสังเกตเห็นร่องรอย การทะลวงผ่านแต่เมื่อเขาใช้กล้องจุลทรรศน์ส่องดูแล้ว เขาไม่เห็นร่องรอยอะไรเลย

สำหรับนักวิทยาศาสตร์ทุกคน การไม่เห็นอะไร มิได้หมายความว่าสิ่งนั้นไม่มี แต่การไม่เห็น monopole ในครั้งนี้ แสดงให้เห็นว่านักทดลอง จะต้องใช้กระสุนนิวเคลียสที่มีพลังงานสูงยิ่งขึ้นไปอีก

จะยังไงก็ตาม เราก็ต้องถือว่า การค้น “ไม่พบ” ของ He ครั้งนี้ได้มีส่วน ในการเพิ่มพูนความรู้ให้แก่มนุษยชาติด้วยครับ

---

ที่มา : ดร.สุทัศน์ ยกส้าน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)