เครื่องเร่งอนุภาค Large Hadron Collider หรือ LHC เป็นเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่และให้พลังงานสูงที่สุดที่มนุษย์เคยสร้างมาเป็นความร่วมมือของนักวิทยาศาสตร์หลายพันคนในเกือบร้อยประเทศเป้าหมายของโครงการนี้ก็เพื่อทดสอบและยืนยันทฤษฏีที่เรามีอยู่ในปัจจุบันเกี่ยวกับอนุภาคมูลฐานและค้นหาหลักฐานต่างๆที่จะเป็นกุญแจสร้างทฤษฏีใหม่เพื่อไขความลับของจักรวาล
หลักการ
ใช้ธรรมเนียมปฏิบัติของนักฟิสิกส์ที่มีมากว่าหลายสิบปี นั่นคือเมื่อนักฟิสิกส์อยากรู้ว่าภายในวัตถุหรืออะตอมมีองค์ประกอบมูลฐานอะไรบ้างก็จับมันมาชนกัน หรือยิงอะไรสักอย่างเข้าใส่มันเพื่อให้เกิดการแตกตัวหรืออาจจะรวมตัวเกิดเป็นอนุภาคใหม่ๆ ตัวอย่างเช่นรัทเทอร์ฟอร์ดยิงอนุภาคแอลฟาเข้าไปในแผ่นทองคำบางๆทำให้รู้ว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสขนาดเล็กตรงกลางและอิเล็กตรอนโคจรอยู่รอบนอกการทดลองที่เซิร์นก็ใช้หลักการเดียวกันมีการเร่งอนุภาคให้ชนกันแล้วดูว่าเกิดอะไรขึ้นบ้างและมีการพัฒนาและปรับปรุงให้ระดับพลังงานของการชนสูงขึ้นเรื่อยๆจนกระทั่งได้เครื่อง LHC ในปัจจุบัน
ปัจจุบันเรารู้ว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอนภายในนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนภายในโปรตอน(และนิวตรอน)ประกอบด้วยอนุภาคที่เรียกว่า ควาร์ก (quark) จำนวน 3 ตัว เราเรียกอนุภาคที่ประกอบด้วยควาร์กว่าเป็นอนุภาคประเภท Hadron อนุภาคที่จะใช้ชนในเครื่อง LHC ทั้งหมดเป็น Hadron จึงเป็นที่มาของชื่อเครื่องนี้
ในขั้นแรกนี้จะใช้โปรตอนในการชน อนุภาคโปรตอนทั้งหมดในการทดลองแต่ละครั้งรวมกันได้ประมาณเท่าเม็ดทรายเม็ดเล็กๆแต่มีความเร็วสูงมากใกล้ความเร็วแสงและมีพลังงานเทียบเท่ารถไฟ 1 ขบวน สภาวะพลังงานสูงของอนุภาคที่กำลังชนกันดังกล่าวใกล้เคียงกับสภาวะตอนกำเนิดจักรวาลหรือ Big Bang
วิทยาศาสตร์จากเครื่อง LHC
สิ่งที่เราจะได้จากการทดลองนี้คือการทดสอบทฤษฏีและการค้นหาหลักฐานเพื่อนำไปสู่ทฤษฏีใหม่ที่สมบูรณ์มากขึ้นขอยกหัวข้อต่อไปนี้เป็นตัวอย่าง
- การค้นหาว่ามวลคืออะไร มาจากไหน มวลในภาษาชาวบ้านก็คือเนื้อสสาร ซึ่งต่างจากน้ำหนักที่เกิดจากแรงดึงดูดของโลกเมื่อเราออกไปอยู่นอกโลกเราก็สามารถอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักได้ แต่ยังมีมวลอยู่ นักฟิสิกส์คิดกันว่ากลไกที่ทำให้เกิดมวลคือกลไกของฮิกก์ Higgs Mechanism แต่ที่ผ่านมาเราไม่สามารถทดสอบและยืนยันได้เนื่องจากระดับพลังงานไม่สูงพอ แต่วันนี้ LHC มีพลังงานที่น่าจะสูงพอสำหรับทดสอบกลไกของฮิกก์และศ้นหาอนุภาคที่ชื่อว่า Higgs Boson
- การค้นหาแม่เหล็กขั้วเดี่ยว (Magnetic Monopole) ในทางทฤษฏีเราเชื่อกันว่ามีแม่เหล็กขั้วเดี่ยวแต่เราไม่เคยพบในธรรมชาติ แม่เหล็กปกตินั้นจะมีสองขั้ว คือเหนือและใต้หากนำมาหักเป็นสองท่อน แต่ท่อนก็จะกลายเป็นแท่งแม่เหล็กเหนือใต้เหมือนเดิมเพียงแต่ขนาดเล็กลง ไม่ได้กลายเป็นขั้วเหนือและใต้เดี่ยวๆแยกจากกันไม่ว่าจะหักเป็นท่อนเล็กๆสักกี่ครั้งก็ตาม ซึ่งต่างกับกรณีของประจุไฟฟ้าที่เราพบประจุบวกและลบแยกเป็นอิสระจากกันได้ นักฟิสิกส์หลายคนหวังว่าในระดับพลังงานที่สูงมากของ LHC เราอาจจะสร้างแม่เหล็กขั้วเดี่ยวได้ ซึ่งจะช่วยคลี่คลายปริศนานี้
- อื่นๆเช่น การค้นหาอนุภาคใหม่ๆ การวัดมวลของควาร์กให้แม่นยำมากขึ้นการศึกษามิติเสริม (extra dimension) การหาแนวทางรวมทฤษฏีควอนตัมและทฤษฏีสัมพัทธภาพเข้าด้วยกัน เป็นต้น
