หอสังเกตการณ์นิวตริโนไอซ์คิวบ์” ที่เรียกกันสั้นๆ ว่า “ไอซ์คิวบ์” เป็นโครงการความร่วมมือนานาชาติภายใต้การบริหารของมูลนิธิเพื่อวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (เอ็นเอสเอฟ) มีวัตถุประสงค์สำคัญคือการตรวจจับอนุภาคลึกลับซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของรังสีคอสมิคที่เรียกว่า “นิวตริโน” ประกาศความสำเร็จครั้งใหญ่เป็นครั้งแรกเมื่อเร็วๆ นี้ ด้วยการตรวจจับอนุภาคดังกล่าวได้และสามารถตรวจสอบจนรู้ถึงแหล่งที่มาและเหตุการณ์ที่เป็นที่มาของมัน
“ไอซ์คิวบ์” ตั้งอยู่บนทวีปน้ำแข็งแอนตาร์กติค บริเวณที่เรียกว่า สถานีเอ็ดมุนด์-สก็อต ใกล้กับขั้วโลกใต้ มีทั้งส่วนที่เป็นหอสังเกตการณ์บนพื้นกับส่วนที่อยู่ลึกลงไปใต้แผ่นน้ำแข็ง พื้นที่ส่วนบนพื้นผิวของไอซ์คิวบ์
นั้นครอบคลุมเนื้อที่ 1 ตารางกิโลเมตร ประกอบด้วยสถานีย่อย 81 สถานีเรียงรายกันอยู่ในรูปหกเหลี่ยม แต่ละสถานีจะครอบหลุมลึกความยาว 1,500 เมตร ซึ่งขึงสายโยงตลอดแนวความยาวหลุม สายโยงแต่ละเส้นจะติดตั้งเซ็นเซอร์ที่เรียกว่า “ดิจิทัล ออปติคอล โมดูล” (ดีโอเอ็ม) ขนาดเท่าลูกบาสเกตบอล 60 ลูก
หน้าที่ของดีโอเอ็ม, สายโยงและสถานีย่อยแต่ละแห่งคือการตรวจจับนิวตริโนพลังสูงที่ผ่านมาถึงบริเวณดังกล่าว แล้วสอบเทียบซึ่งกันและกันเพื่อความถูกต้องแม่นยำ
โครงการนานาชาตินี้เริ่มต้นเมื่อปี 2004 ใช้เวลานานถึง 7 ปีจึงเสร็จสมบูรณ์ ต่อมาเมื่อปี 2012 มีการปรับปรุงเพิ่มเติมระบบแจ้งเตือนเมื่อตรวจจับนิวตริโนพลังสูงในระดับที่ต้องการได้
นักวิทยาศาสตร์ค้นพบรังสีคอสมิคมาตั้งแต่ปี 1912 รู้ว่าเกิดจากการระเบิดของรังสีที่ทำให้เกิดพลังส่งให้กระจายออกไปในทิศทางต่างๆ และพุ่งเข้าชนโลกอยู่อย่างต่อเนื่อง นักวิทยาศาสตร์อนุมานว่ารังสีคอสมิคส่วนหนึ่งเกิดจากปฏิกิริยาในดาวฤกษ์อย่างเช่นดวงอาทิตย์ ดังนั้นกลุ่มดาวอื่นๆ ในดาราจักร (กาแล็กซี) อื่นๆ ที่มีดาวกฤกษ์ซึ่งอยู่ในช่วงบั้นปลายของชีวิตก็สามารถส่งรังสีคอสมิคออกมาได้ แต่เหตุการณ์ที่ก่อให้เกิดรังสีคอสมิคซึ่งมีพลังสูงมากสามารถเดินทางจากห้วงจักรวาลไกลโพ้นมายังโลกได้นั้น นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่า ต้องเป็นเหตุการณ์ซึ่งมีความรุนแรงสูงสุดและเกิดกับวัตถุซึ่งคนเราเข้าใจได้น้อยที่สุด
นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่านอกจากดาวฤกษ์ที่ใกล้สิ้นอายุขัยและซุปเปอร์โนวาแล้ว ยังมีพฤติกรรมของหลุมดำขนาดใหญ่ ที่เรียกกันว่าหลุมดำมวลยวดยิ่ง (ซุปเปอร์แมสซีฟ แบล๊กโฮล) ในใจกลางดาราจักรที่สามารถสร้างรังสีคอสมิคพลังสูงมากๆ ได้
ทั้งหมดนั้นเป็นเพียงข้อสันนิษฐาน เนื่องจากรังสีคอสมิคประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า (ทั้งที่เป็นบวกและเป็นลบ) อยู่ในตัว จึงก่อปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของดาวต่างๆ รวมทั้งวัตถุอื่นๆ ในทุกๆ ที่ที่มันผ่านไป สนามแม่เหล็กดังกล่าวทำให้วิถีของรังสีคอสมิคบิดงอ หรือโค้ง และเปลี่ยนแปลงไป ทำให้นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถแกะรอยอนุภาคเหล่านั้นกลับไปยังแหล่งที่มาได้
ยกเว้นในกรณีที่รังสีคอสมิคดังกล่าวมีนิวตริโนอยู่ด้วย
นิวตริโน เป็นอนุภาคที่มีมวลน้อยที่สุด มีสถานะเป็นกลางทางไฟฟ้า ซึ่งทำให้นิวตริโนเป็นอนุภาคที่แทบไม่เกิดปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กหรือสสารอื่นใด คุณสมบัติดังกล่าวแม้จะทำให้นิวตริโนเดินทางเป็นเส้นตรงจากแหล่งกำเนิดมายังโลก จนสามารถแกะรอยย้อนกลับไปหาแหล่งที่มาได้ แต่ก็ทำให้นิวตริโนตรวจจับได้ยากมากเช่นเดียวกัน จนนักวิทยาศาสตร์ขนานนามนิวตริโนว่า “อนุภาคผี” หรือ “อนุภาคลึกลับ”
ทั้งๆ ที่ทุกๆ วินาที นิวตริโน 100,000 ล้านอนุภาคจะวิ่งทะลุเนื้อที่ 1 ตารางนิ้วบนตัวเราอยู่ตลอดเวลาก็ตาม
สุดท้ายการค้นหาแหล่งที่มาของรังสีคอสมิคจึงลงเอยด้วยการค้นหาแหล่งที่มาของนิวตริโนนั่นเอง
การตรวจจับนิวตริโนต้องอาศัยวัสดุที่ใสมากๆ เช่น น้ำหรือน้ำแข็ง เนื่องจากเมื่อนิวตริโนพุ่งเข้าชนกับโปรตอนหรือนิวตรอน ภายในอะตอมจะก่อให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ซึ่งทำให้เกิดอนุภาคทุติยภูมิขึ้นตามมาในรูปของแสงสีฟ้าที่รู้จักกันในชื่อ “การแผ่รังสีของเชเรนคอฟ”
ศาสตราจารย์ ฟรานซิส ฮัลเซน นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน เมดิสัน เปิดเผยว่า ในทันทีที่ไอซ์คิวบ์แล้วเสร็จสมบูรณ์ในปี 2010 ก็เริ่มตรวจจับนิวตริโนได้ทันที ในช่วงระหว่างปี 2010-2012 ไอซ์คิวบ์
ตรวจพบอนุภาคนิวตริโนพลังสูงมากได้ถึง 28 ครั้ง แต่ตรวจจับนิวตริโนที่แน่ใจได้ว่ามีแหล่งกำเนิดจากนอกระบบสุริยะได้เป็นครั้งแรกในปี 2012 เมื่อพบนิวตริโน 2 ตัวที่มีพลังสูงถึง 1 เพตาอิเล็กตรอนโวลต์ ส่งผลให้ไอซ์คิวบ์ได้รับรางวัล “เบรกทรู ออฟ เดอะ เยียร์” หรือการค้นพบแห่งปีทางฟิสิกส์ประจำปี 2013
อย่างไรก็ตาม การตรวจจับดังกล่าวยังไม่บรรลุวัตถุประสงค์ในการย้อนรอยเส้นทางเพื่อค้นหาแหล่งที่มาของอนุภาคดังกล่าวได้ ทำให้มีการปรับปรุงเพิ่มเติมเป็น “ไอซ์คิวบ์ เจน 2” ที่นอกจากจะเพิ่มจำนวนสายโยงและสถานีย่อยมากขึ้นแล้วยังเพิ่มระบบแจ้งเตือน ซึ่งมีบทบาทสำคัญช่วยให้การติดตามแหล่งที่มาของนิวตริโนเป็นผลสำเร็จ เมื่อไอซ์คิวบ์ตรวจพบนิวตริโนพลังสูงสุดเท่าที่เคยตรวจจับมาเมื่อเดือนกันยายน ปี 2017
นิวตริโนดังกล่าวมีพลังถึง 300 ล้านล้านอิเล็กตรอนโวลต์ ซึ่งสูงกว่าอนุภาคที่ถูกเร่งโดยเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ของเซิร์นถึง 45 เท่าตัว
ระบบแจ้งเตือนแจ้งการตรวจจับดังกล่าวไปยังนักวิทยาศาสตร์ในเครือข่ายทั่วโลกได้ภายในไม่กี่นาที เพื่อให้ตรวจสอบจักรวาลในทิศทางการเดินทางของนิวตริโน
ข้อมูลที่ได้จากเครือข่ายกล้องโทรทัศน์เฟอร์มิ แสดงให้เห็นว่าแหล่งที่มาของนิวตริโนดังกล่าวคือ บลาซาร์ ชื่อ “ทีเอ็กซ์เอส 0506+056” ซึ่งเป็นกลุ่มดาราจักรที่มีหลุมดำมวลยวดยิ่งอยู่บริเวณใจกลาง ซึ่งกำลังกลืนกินวัตถุรอบตัวอยู่แล้วก่อให้เกิดการระเบิดของลำรังสีในทิศทางที่ตรงมายังโลก
ศาสตราจารย์ฮัลเซนเชื่อว่าการค้นพบครั้งนี้คือรุ่งอรุณของดาราศาสตร์ยุคใหม่เลยทีเดียว
