ผู้เขียน molecularck เว็บไซต์ www.foosci.com

 http://www.foosci.com/node/397 

 

 

 

 

 

ภาพมุมสูงของที่ตั้ง LHC ซึ่งกินอาณาบริเวณชายแดน 2 ประเทศมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 27 กิโลเมตร

 

 

 

ภาพแผนผังที่ตั้ง LHC ลึกลงไปใต้ดิน ภาพจาก www.notepad.ch/

 

 

ความรู้ของจักรวาลจะเปลี่ยนแปลงไป

เด็กเราคงได้เคยใช้กล้องจุลทรรศน์เพื่อจะส่งดูเซลล์สิ่งมีชีวิต แต่หากจะต้องการดูเข้าไปถึงภายในเซลล์ก็ต้องใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (TEM และ SEM) แต่เพื่อให้ได้ความละเอียดสูงขึ้นไปก็ต้องใช้กล้องจุลทรรศน์แบบSTEM ซึ่งสามารถทำให้เราเห็นโครงสร้างต่าง ๆ ได้ดีขึ้น แต่ก็ยังไม่เพียงที่จะมองอนุภาคอย่างไรรัสได้จึงมีการสร้าง กล้องจุลทรรศน์พลังอะตอม (AFM)ขึ้นมองเห็นอะตอมต่าง ๆ ได้ดีขึ้น แต่ด้วยเครื่องมีแค่นี้ก็ยังไม่สามารถบอกถึงรายละเอียดการจัดเรียงตัวของอะตอมธาตุต่าง ๆ ในสารได้จึงมีการสร้างเครื่องซินโครตรอนขึ้นมา ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคชนิดหนึ่ง ทำให้อนุภาคที่เร่งเข้าไปชนวัตถุและเกิดการกระเจิงของแสงทำให้เราเห็นภาพอนุภาคในระดับอะตอมหรือเล็กกว่านั้นว่ามีการจัดเรียงตัวอย่างไรได้ แต่กำลังในซินโครตรอนในปัจจุบันไม่เพียงพอต่อการที่จะเข้าไปดูถึงวัตถุที่เล็กกว่าอะตอมได้หรืออนุภาคต่ำกว่าอะตอมจึงมีการสร้่าง LHC ขึ้นมา

 

Large Hadron Collider (LHC) เป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ขนาดยักษ์ ใกล้กรุงเจนีวา ซึ่งมีขอบเขตกินอาณาบริเวณระหว่างฝรั่งเศสและสวิตส์เซอร์แลนด์ ซึ่งอยู่ลึกลงไปใต้ดิน 100-175 เมตร เป็นที่ตั้งของเครื่องเร่งอนุภาคที่มีชื่อว่า Large Hadron Collider (LHC) นักฟิสิกส์จะใช้เครื่องดังกล่าว เพื่อศึกษาหาอนุภาคที่เล็กที่สุด ซึ่งเป็นหน่วยย่อยของสรรพสิ่งทุกอย่างในจักรวาลนี้ นี้คือการปฏิวัติความรู้ของเราจากโลกขนาดเล็กจิ๋วของอะตอมไปยังจักรวาล

 

ลำอนุภาค 2 ลำของอนุภาคระดับต่ำกว่าอะตอมที่เรียกว่า hadrons ที่เป็นทั้งโปรตรอนหรือไอออนของตะกั่ว จะเดินทางในทิศทางตรงกันข้ามในเครื่องเร่งอนุภาคทรงวงแหวนนี้ เพื่อเพิ่มพลังงานในแต่ละรอบที่วิ่ง นักฟิสิกส์จะใช้ LHC ในการสร้างปรากฏการณ์หลังการเกิดบิ๊กแบงขึ้นมาใหม่ โดยทีมงานจากทั่วโลกจะทำการวิเคราะห์อนุภาคที่เกิดขึ้นจากการชนโดยการใช้เครื่องตรวจจับพิเศษในการทดลองแต่ละรอบที่ LHC

 

มีทฤษฎีมากมายว่าอะไรจะเกิดขึ้นหลังการชน แต่สิ่งแน่นอนที่จะเกิดขึ้นขึ้นคือโลกใหม่ของฟิสิกส์ซึ่งจะถูกเปิดเผยโดยเครื่องเร่งอนุภาคนี้ ซึ่งเรียกโลกใหม่นี้ว่า ฟิสิกส์อนุภาค จะมาอธิบายการทำงานของจักรวาล ด้วยแบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) ที่สร้างความเข้าใจเรื่องกฏธรรมชาติให้นักฟิสิกส์มานับทศวรรษ แต่ไม่สามารถบอกเรื่องราวทั้งหมดได้ มีเพียงข้อมูลจากการทดลองด้วยระดับพลังงานที่สูงที่ LHC เท่านั้นที่จะผลักดันความรู้ต่อไปได้ ซึ่งท้าทายคนที่กำลังค้นหาคำยืนยันทฤษฎีของตัวเองที่เสนอไว้ และหลายคนที่กล้าฝันถึงแบบจำลองใหม่ ๆ

 

ทำไมต้อง LHC

LHC ถูกสร้างขึ้นเพื่อช่วยนักวิทยาศาสตร์หากุญแจที่เป็นคำตอบของปริศนาที่ไขไม่ได้ในฟิสิกส์อนุภาค ซึ่งไม่เคยมีตัวอย่างของพลังงานที่จะไปเคยถึงจุดนี้มาก่อนซึ่งอาจเผยผลที่คาดไม่ถึงที่หลายคนไม่เคยคาดคิด

 

ในอดีตที่ผ่านมานักฟิสิกส์สามารถอธิบายปรากฏการณ์อนุภาคฟิสิกส์ที่สร้างจักรวาลขึ้นมาและปฏิกิริยาที่มีต่อกัน ความรู้ในการอธิบายนั้นมาจาก โมเดลมาตรฐาน ในฟิสิกส์อนุภาค แต่ก็ยังมีช่องว่างที่ไม่สามารถบอกถึงเรื่องราวที่เกิดขึ้นทั้งหมดได้ เพื่อเติมเต็มความรู้ที่หายไป เราต้องการข้อมูลการทดลอง ซึ่งเป็นก้าวที่ยิ่งใหญ่ต่อไปของ LHC

 

ภาพ อนุภาคระดับอะตอมและต่ำกว่าอะตอม

 

LHC ที่สร้างขึ้นจะมาตอบคำถามต่อไปนี้ งานของนิวตันยังไม่จบ

 

• มวลคืออะไร ?

 

อะไรคือต้นกำเนิดของมวล ทำไมอนุภาคเล็ก ๆ ถึงมีมวลและบางอนุภาคกลับไม่มี ณ ปัจจุบันเรายังไม่มีคำตอบในคำถามนี้ แต่คำอธิบายที่สมเหตุสมผลที่สุดในตอนนี้คือทฤษฎี Higgs boson และเป็นอนุภาคที่เป็นกุญแจสำคัญในเรื่องโมเดลมาตรฐานซึ่งยังไม่เคยพบมาก่อน

 

การทดลองเพื่อหา Higgs boson นี้จะใช้สถานีตรวจจับ ATLAS และ CMS ในการค้าหาอนุภาคที่กล่าวถึงนี้ (สถานีตรวจจับจะกล่าวถึงรวมกันว่ามีอะไรบ้าง)

 

ปัญหาที่มองไม่เห็น

 

• 96% ของจักรวาลสร้างจากอะไร

 

ทุกอย่างที่เราเห็นในจักรวาล จากมดถึงกาแล็กซี่ สร้างจากอนุภาคทั่วไป ซึ่งถูกเรียกทั่วไปว่าสสาร และพบว่ามีอยู่ 4% ในจักรวาล ที่เหลือคืออะไร? สสารมืดและพลังงานมืด ถูกเชื่อว่าเป็นส่วนที่เหลือในจักรวาล แต่มีความยากลำมากในการตรวจจับและศึกษา นอกจากจะค้นพบแรงดึงดูดที่สสารมืดและพลังงานมืดปล่อยออกมา การศึกษาธรรมชาติของสสารมืดและพลังงานมืดเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในปัจจุบันในสายฟิสิกส์อนุภาคและอวกาศวิทยา

 

สถานีตรวจจับ ATLAS และ CMS จะรับหน้าที่ในการมองหาอนุภาค supersymmetricเพื่อทดสอบทฤษฎีในการเกิดขึ้นของสสารมืด

 

ธรรมชาติของธรรมชาติ

 

• ไม่มีปฏิสสารบนโลกนี้หรอ?

 

เราอยู่บนโลกของสสาร ทุกอย่างในจักรวาลรวมถึงตัวเราเองถูกสร้างจากสสาร ปฏิสสาร เป็นเหมือนคู่ฝาแฝดของสสาร แต่มีขั้วไฟฟ้าอยู่ทางตรงกันข้าม ณ เวลาจักรวาลกำเนิดขึ้นควรจะปริมาณของสสารและปฏิสสารอยู่เท่า ๆ กันหลังจากการเกิดบิ๊กแบง แต่เมื่อสสารและปฏิสสารเจอกัน มันจะทำลายซึ่งกันและกัน แล้วเปลี่ยนเป็นพลังงาน อย่างไรก็ตาม สสารบางส่วนหลงเหลือมาเป็นจักรวลาที่เราอยู่ทุกวันนี้ และแทบจะไม่มีปฏิสสารที่ให้ค้นเจออยู่ ทำไมธรรมชาติจึงมีความโน้มเอียงในการเลือกสสารมากว่าปฏิสสาร

 

สถานีตรวจจับ LHCb จะมองหาความแตกต่างระหว่างสสารและปฏิสสาร เพื่อตอบคำถามนี้ การทดลองครั้งก่อนสามารถสังเกตพฤติกรรมที่แตกต่างเล็กน้อยได้ แต่อะไรที่มองเห็นนั้นไม่เพียงพอที่จะเทียบเท่ากับความไม่เสมอภาคของสสารและปฏิสสารในจักรวาลได้

 

ความลับของบิ๊กแบง

 

• สสารเป็นเหมือนอะไรในเสี้ยววินาทีหลังเกิดบิ๊กแบง

 

ทุกสิ่งในจักรวาลสร้างขึ้นจากสสาร และเชื่อว่าเกิดอนุภาคพื้นฐานหลายตัวที่มีความเข้มข้นและมีความร้อนสูงมาก ปัจจุบันนี้สสารทั่วไปในจักรวาลสร้างจากอะตอมซึ่งมีนิวเคลียสที่ประกอบด้วยโปรตรอนกับนิวตรอน ซึ่งทั้งสองอนุภาคนั้นเกิดจากการที่ quarks จับตัวกันโดยอนุภาคอีกตัวหนึ่งที่ชื่อว่า gluons พันธะนี้แข็งแรงมาก แต่ในช่วงเวลาก่อนที่จักรวาลจะถือกำเนิดนั้น สภาพแวดล้อมจะมีความร้อนสูงและพลังงานที่สูงเกินไปที่ gluons จะจับ quarks ไว้ได้ อย่างไรก็ตาม ดูเหมือนว่าช่วงเวลาเสี้ยววินาทีหลังการเกิดบิ๊กแบงของจักรวาล จะเกิดการผสมของ quarks และ gluons ที่มีความร้อนสูงและเข้มข้น เรียกว่า quark-gluon plasma

 

ภาพ quark-gluon plasma หลังการการชนของไอออนทองคำที่เร่งมา ภาพนี้ตรวจจับโดย STAR ที่ relativistic heavy ion collider ณ Brookhaven national laboratory

 

สถานีตรวจจับ ALICE จะถูกใช้ในการสร้างสภาพแวดล้อมที่คล้ายกับชั่วเสี้ยววินาทีหลังเกิดบิ๊กแบง เพื่อทำการวิเคราะห์ถึงคุณสมบัติ quark-gluon plasma

 

โลกที่ซ้อนอยู่

 

• มีมิติอื่นหรือโลกคู่ขนานหรือไม่

 

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) แสดงให้เห็นว่ามิติ 3 มิตินั้นมีความเกี่ยวข้องกับเวลา แต่มีทฤษฎีที่ตามมาที่หลังนำเสนอเรื่อง มิติที่ซ่อนอยู่ ของจักรวาลนั้นน่ามีอยู่จริง เช่น ทฤษฎี String ที่บอกเป็นนัยถึงการมีมิติของอวกาศอื่นที่ยังไม่เคยถูกพบ ซึ่งผลจากสถานีตรวจจับจะวิเคราะห์อย่างระมัดระวังเพื่อมองหาสัญญาณของมิติอื่น

 

 

………………

อ่านตอนแรก:

Large Hadrons Collider เครื่องมือไขความลับจักรวาล