บันทึกนี้เป็นส่วนหนึ่งของบทความที่จะนำลงในนิตยสารวิทยาศาสตร์ โปรดติดต่อผู้เขียน หากต้องการนำไปเผยแพร่ในที่อื่นด้วยครับ ^__^

 

 

ผมได้รับคำถามมากมายทั้งจากคนรอบข้างและสื่อสารมวลชน
เกี่ยวกับโครงการ LHC (Large Hadron Collider) ที่ เซิร์น (CERN) กำลังดำเนินการอยู่ในขณะนี้

ดูสิขนาด Google ก็ยังเอากับเขาด้วยเลย!

 

จุดประสงค์หลักของโครงการนี้คืออะไร?

พูดแบบชาวบ้านที่สุด ก็คือ นักฟิสิกส์ต้องการรู้ว่า บ้านหลังใหญ่ของเรา คือ เอกภพ นี้ประกอบขึ้นด้วยอะไร?

แต่ถ้าพูดให้จำเพาะในทางเทคนิคก็คือ นักฟิสิกส์ต้องการตรวจสอบ แบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model)  ในสาขาฟิสิกส์ของอนุภาค (particle physics) ว่าเป็นจริงหรือไม่? หรือมีข้อจำกัดในการใช้งานอย่างไร? (โปรดสังเกตว่า คำว่า Standard Model สะกดด้วย S และ M ตัวใหญ่)


จุดสำคัญก็คือ ในแบบจำลองพื้นฐาน หรือ Standard Model นี้ มีแนวคิดสำคัญอันหนึ่งที่เรียกว่า ทฤษฎีอิเล็กโทรวีค (electroweak theory) ซึ่งทำนายว่า ในธรรมชาติต้องมีอนุภาคชนิดหนึ่ง ซึ่งมีมวลประมาณ 1 เทราอิเล็กตรอนโวลต์ (TeV) หรือ 10^12 อิเล็กตรอนโวลต์ (eV) อนุภาคนี้มีชื่อเรียกว่า อนุภาคฮิกส์ (Higgs particle) ซึ่งบางครั้งก็เรียกว่า ฮิกส์โบซอน (Higgs boson)

ปัญหาก็คือ อนุภาคฮิกส์นี้เป็นอนุภาคชนิดเดียวในแบบจำลองมาตรฐานที่ยังไม่เคยมีการตรวจพบจริงในธรรมชาติ!

กล่าวคือ แม้นักฟิสิกส์กระแสหลักจะเชื่ออยู่ลึกๆ ว่า ไอ้เจ้าอนุภาคนี้น่าจะมีจริง
แต่เมื่อยังไม่พบก็ยังไม่สามารถพูดได้อย่างเต็มปากเต็มคำว่า แบบจำลองมาตรฐานนั้นถูกต้อง & เชื่อถือได้

จึงต้องมาควานหากันด้วยการทดลองให้เห็นกันจะๆ นั่นเอง

แล้ว อนุภาคฮิกส์ (Higgs particle) ที่ว่านี้สำคัญไฉน ถึงกับต้องลงทุนลงแรงมหาศาลเพื่อตามหา?

ตอบสั้นๆ ก็คือ เพราะนักฟิสิกส์เชื่อว่า อนุภาคฮิกส์นี้แหละที่เป็นสาเหตุที่ทำให้สสารมีมวล


ดังนั้น หากยืนยันได้ว่าอนุภาคฮิกส์นี้มีอยู่จริง....

       ในเบื้องต้นก็จะเป็นการยืนยันความน่าเชื่อถือของแบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) ที่ใช้กันอยู่ในฟิสิกส์ของอนุภาค 

       ต่อมายังอาจตอบคำถามพื้นฐานอีกมากมาย เช่น 

  • กลไกฮิกส์ (Higgs mechanism) ยอดฮิตในหมู่นักฟิสิกส์ที่ใช้อธิบายการเกิดมวลของอนุภาคพื้นฐานต่างๆ ในแบบจำลองมาตรฐานเกิดขึ้นจริงในธรรมชาติหรือไม่?
  • อนุภาคฮิกส์โบซอนมีกี่แบบ? แต่ละแบบมีมวลเท่าไร?
  • มวลของควาร์ก (quark) ที่วัดได้อย่างแม่นยำมากขึ้นในการทดลองยังคงสอดคล้องกับแบบจำลองมาตรฐานอยู่อีกหรือไม่?
  • ทำไมโปรตอนจึงมีมวลมากกว่าอิเล็กตรอน 1,836 เท่า? 
  • ทำไมแรงโน้มถ่วงจึงเป็นแรงที่อ่อนมากเหลือเกินเมื่อเทียบกับแรงพื้นฐานอื่นๆ อีก 3 แบบ ได้แก่ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic force) แรงนิวเคลียร์แบบอ่อน (weak nuclear force) และแรงนิวเคลียร์แบบเข้ม (strong nuclear force)?
  • สสารมืด (dark matter) เป็นอย่างไร? พลังงานมืด (dark energy) เป็นอย่างไร?
          

    นี่เป็นแค่ตัวอย่างนิดๆ หน่อยๆ เท่านั้น

การทดลองทำโดยใช้เครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่มโหฬาร เรียกว่า Large Hadron Collider (LHC) ของ CERN เครื่องเร่งอนุภาค LHC นี้มีลักษณะเป็นท่อใต้ดิน ลึกลงไปจากพื้นราว 100 เมตร ท่อมีลักษณะวนเป็นวงกลม (นึกถึงโดนัท แต่เนื้อกลวง) เส้นรอบวงยาว 27 กิโลเมตร 


เครื่องเร่งอนุภาค LHC ใกล้กรุงเจนีวา อยู่คร่อมพรมแดนฝรั่งเศส-สวิสเซอร์แลนด์



แผนภาพแสดงโครงสร้างของ Large Hadron Collider

เครื่องเร่งอนุภาค LHC จะบังคับให้อนุภาค ซึ่งมักจะใช้โปรตอน (proton) จำนวนมากวิ่งเป็นวง อนุภาคโปรตอนกลุ่มหนึ่งวิ่งวนในทิศทางหนึ่ง (ตามเข็มนาฬิกา) ส่วนอีกกลุ่มหนึ่งวิ่งวนในทิศทางตรงกันข้าม (ทวนเข็มนาฬิกา)

ในแต่ละรอบโปรตอนจะถุกเร่งให้เคลื่อนที่เร็วขึ้นเรื่อยๆ จนในที่สุดเมื่อมีอัตราเร็วใกล้อัตราเร็วของแสง (ประมาณ 99.9999991% ของอัตราเร็วแสง) จากนั้นจะบังคับให้โปรตอน 2 กลุ่มที่วิ่งสวนทางกันพุ่งเข้าชนกัน

เมื่อโปรตอนชนกัน ก็คาดว่าจะมีอนุภาคใหม่ๆ เกิดขึ้นมา โดยอนุภาคที่นักฟิสิกส์เฝ้าจับตามากเป็นพิเศษก็คือ อนุภาคฮิกส์ (Higgs particle) ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว


ตำแหน่งของอุปกรณ์ต่างๆ



อุปกรณ์ตรวจจับอนุภาคแอตลาส (ATLAS) ขนาดมหึมา (โปรดสังเกตขนาดเมื่อเทียบกับคน)


แต่นอกจากอนุภาคฮิกส์แล้ว นักฟิสิกส์ยังคาดว่า อาจจะเกิดอนุภาคและสิ่งใหม่ๆ อื่นๆ หลุดออกมาด้วย เช่น

  • สเตรงจ์เล็ต (strangelets)
  • แม่เหล็กขั้วเดียว (magetic monopoles)
  • อนุภาคซูเปอร์ซิมเมตริก (supersymmetric particles)
  • แต่ที่ผู้คนทั่วไปสนใจกันมากที่สุด ได้แก่ หลุมดำจิ๋ว (micro black hole)

ในบันทึกอันต่อไปจะโม้เรื่อง หลุมดำจิ๋ว ให้ฟัง 

ตามไปอ่านกันเลยโลด!