เครื่องเร่งอนุภาค LHC กุญแจไขความลับของจักรวาล

Home / PC & Notebook / เครื่องเร่งอนุภาค LHC กุญแจไขความลับของจักรวาล

บทความนี้เป็นตอนแรกของซีรีย์ ?เครื่องเร่งอนุภาค LHC กุญแจไขความลับของจักรวาล? ความยาว 2 ตอน เป้าหมายหลัก ก็คือ ทำความเข้าใจให้กับคนทั่วไป ว่าเครื่องเร่งอนุภาค LHC ไม่ได้น่ากลัวอย่างที่หลายคนหวาดวิตกกัน


สำหรับตอนแรก จะปูพื้นฐานความเข้าใจเกี่ยวกับเครื่องเร่งอนุภาคและรายละเอียดของ LHC ก่อน ส่วนตอนที่ 2 จะเป็นสรุป, ข้อคิดเห็น และผลที่ได้รับจากการเดินเครื่อง LHC ในวันที่ 10 กันยายนที่จะถึงนี้ โดยข้อมูลในบทความนี้ ผมจะยึดแนวทางจาก LHC the guide เป็นหลัก ใครสนใจก็สามารถไปหาฉบับเต็มมาอ่านกันได้


เครื่องเร่งอนุภาค LHC คืออะไร


LHC คือเครื่องเร่งอนุภาคขนาดยักษ์ ชื่อเต็มของมันก็คือ Large Hadron Collider ที่มาของชื่อก็เนื่องมาจาก ขนาดที่ใหญ่มากของเจ้าเครื่องเร่งอนุภาคอันนี้ (ความยาวเส้นรอบวง 27 กิโลเมตร) Hadron นั้น เป็นชื่อเรียกรวมๆ ของอนุภาค ที่ถูกสร้างขึ้นจาก ควาร์ก (quarks) โดยมีแรงนิวเคลียร์แบบเข้ม (strong nuclear force) เป็นตัวยึดเหนี่ยว ตัวอย่างอนุภาคดังกล่าวได้แก่ โปรตอน (proton) และ นิวตรอน (neutrons)


เครื่องเร่งอนุภาค LHC จำทำการเร่งอนุภาคโปรตอน ให้มีความเร็ว 99.9999% ของความเร็วแสง ในทิศทางสวนกัน เพื่อที่นักวิทยาศาสตร์ สามารถตรวจวัดผลของการชนกัน ของอนุภาคได้


เป้าหมายหลักของ เครื่องเร่งอนุภาค LHC


ณ ปัจจุบันนี้ ความรู้ความเข้าใจของนักวิทยาศาสตร์ ที่มีต่อต้นกำเนิดของเอกภพยังไม่สมบูรณ์ ทฤษฏีที่เราใช้ในการอธิบายในปัจจุบัน ทิ้งคำถามที่ไม่สามารถตอบได้ไว้มากมาย โดยเฉพาะคำถามสำคัญที่ว่า มวลนั้นเกิดขึ้นได้อย่างไร ซึ่งทำตอบของปัญหาดังกล่าว อาจจะอยู่ในรูปของทฤษฏีที่มีชื่อว่า Higgs mechanism โดยHiggs field น่าจะมีอนุภาคใหม่อย่างน้อย 1 ชนิด เชื่อมโยงอยู่ นั่นก็คืออนุภาค Higgs boson ซึ่งถ้าหากอนุภาคนี้มีอยู่จริง LHC จะสามารถตรวจจับมันได้


นอกจากนี้ LHC ยังสามารถใช้ในการอธิบายความลี้ลับของปฏิสสาร เนื่องจากทฤษฏี Big Bang ได้กล่าวว่า การระเบิดครั้งใหญ่ที่ก่อให้เกิดจักรวาล ควรจะก่อให้เกิด สสารและปฏิสสาร ในปริมาณที่เท่าๆ กัน แต่ทำไมจากการสำรวจ ในเอกภพเราจึงพบแต่สสาร ซึ่ง LHC สามารถให้คำตอบเราได้


ความเป็นมาของเครื่องเร่งอนุภาค LHC


แนวคิดของ LHC เริ่มต้นขึ้นเมื่อต้นยุค 1980 เมื่อทาง CERN ได้ทำการรวบรวมรายละเอียดทางเทคนิค รวมถึงความต้องการของนักฟิสิกส์ ความต้องการดังกล่าวเป็นจริงขึ้นมาในปี 1994 เมื่อคณะกรรมการของ CERN ได้โหวตอนุมัติ การสร้าง LHC โดยในตอนแรกนั้น โครงการจะถูกแบ่งออกเป็น 2 ช่วง อย่างไรก็ตาม ด้วยความช่วยเหลือของ ญี่ปุ่น, อเมริกา, อินเดีย และประเทศอื่นๆ ทำให้โครงการนี้ไม่ต้องถูกแบ่งเป็น 2ช่วงอีกต่อไป


สถานีตรวจจับ


เครื่องเร่งอนุภาค LHC มีสถานีตรวจจับอนุภาค จำนวน 6 แห่ง คือ




  1. สถานีตรวจจับ ALICE ทำหน้าที่วัดพลาสมาของ ควาร์ก-กลูออน (quark-gluon) ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เชื่อกันว่า เป็นสถานะที่เกิดขึ้นหลังจาก Big Bang ก่อนที่อนุภาคอย่าง โปรตอนและนิวตรอน จะถือกำเนิดขึ้น



  2. สถานีตรวจจับ ATLAS เป็นสถานีตรวจจับเอนกประสงค์ หน้าที่หลักๆ ก็คือ ตรวจับอนุภาค Higgs Boson และตรวจจับมิติพิเศษที่อาจเกิดขึ้น มีความยาว 46 เมตร สูง 25 เมตร ซึ่งถือว่าเป็นเครื่องมือตรวจจับที่ใหญ่ที่สุด



  3. สถานีตรวจจับCMS เป็นสถานีตรวจจับเอนกประสงค์ มีหน้าที่เหมือนกับ ATLAS เพียงแต่มีความต่างในรายละเอียดทางเทคนิคในการออกแบบ



  4. สถานี LHCb ทำหน้าที่ศึกษา ว่าทำไมเอกภพที่เราอยุ่จึงเต็มไปด้วยสสาร แต่กลับไม่มีปฏิสสาร โดยทำการค้นหาอนุภาคที่มีชื่อว่า b-quark



  5. สถานี LHCf ทำการวัดอนุภาค ที่ถูกสร้างขึ้น ในทิศทางที่ใกล้กับลำแสงของการชนกันระหว่างโปรตอน



  6. สถานี TOTEM ทำการวัด effective size หรือ ภาคตัดขวางของโปรตอน


LHC สามารถพิสูจน์อะไรได้บ้าง




  • อนุภาค Higgs Boson อนุภาคนี้ ถือเป็นอนุภาคชนิดเดียว ที่อยู่ในแบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) ที่ยังไม่ถูกค้นพบ ซึ่งทำให้มันเป็นเป้าหมายหลัก ของเครื่องเร่งอนุภาค LHC



  • มิติพิเศษ นักวิทยาศาสตร์มีแบบจำลองที่ว่า เอกภพของเราประกอบด้วยมิติมากกว่า 4 มิติ ซึ่งคาดการณ์กันว่า การทดลองนี้ จะเปิดเผยให้เห็นมิติพิเศษ ให้เรารับรู้ได้



  • อื่นๆ อีกมากมาย


ความปลอดภัย


สำหรับความวิตกกังวล ว่าเครื่องเร่งอนุภาค LHC จะทำให้เกิดหลุมดำทำลายล้างโลก มีนักวิทยาศาสตร์หลายท่าน ได้ออกมายืนยันแล้วว่า โอกาสเกิดหลุมดำนั้นมีน้อยมาก ถึงแม้ว่ามันจะเกิด ก็เป็นหลุมดำในระดับที่เล็กกว่าอนุภาคซะอีก ดังนั้นจึงไม่น่าเป็นกังวล ซึ่งข่าวที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย สามารถอ่านได้ตาม ข่าวนี้, ข่าวโน้น


สำหรับการเดินเครื่องเร่งอนุภาค LHC จะเริ่มเดินเครื่องในวันที่ 10 กันยายนนนี้ โดยมีการถ่ายทอดสดผ่านดาวเทียม และผ่านทาง webcast โดยมีกำหนดการตั้งแต่ บ่าย 3 โมงครึ่ง (เวลาประเทศไทย) จนไปถึงเที่ยงคืน ใครสนใจสามารถติดตามได้ครับ


ขอขอบคุณข้อมูลจาก : http://jusci.net/


รูปจาก : www.scifun.ed.ac.uk