เซิร์น การทดลองสุดยิ่งใหญ่ของมวลมนุษย์ ค้นหาจุดเล็กสุดสู่กำเนิดจักรวาล
ย่างเข้าสู่หน้าร้อนของทวีปยุโรปในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า การทดลองอันยิ่งใหญ่ของมนุษยชาติจะเกิดขึ้นใต้พื้นแผ่นดินสวิส-ฝรั่งเศส การเดินเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ที่สุดในโลกของ "เซิร์น" จะเริ่มขึ้น ความมหึมาของเครื่องไม้เครื่องมือผกผันกับอนุภาคขนาดเล็กจิ๋วที่ถูกเร่งให้ชนกัน ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ต่างจับจ้องปริศนากำเนิดจักรวาลที่คาดว่าจะเผยออกมาหลังจากการชนกัน
เอกภพหรือจักรวาลประกอบขึ้นจากอะไร คือคำถามพื้นฐานของมนุษย์เล็กๆ ที่อยากจะเข้าใจในกำเนิดของธรรมชาติอันยิ่งใหญ่ ตามทฤษฎี "บิกแบง" (Big Bang) การระเบิดครั้งใหญ่ที่ก่อเกิดจักรวาลเมื่อ 1.37 หมื่นล้านปีก่อนควรจะมีสสาร (matter) และปฏิสสาร (antimatter) ในปริมาณเท่าๆ กัน ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วสสารและปฏิสสารที่มีมวลเท่ากันแต่มีประจุตรงข้ามกันนั้นจะหักล้างกันเองแล้วเปลี่ยนมวลกลายไปเป็นพลังงานและไม่น่าจะมีกาแลกซี ดวงดาว โลกหรือสิ่งมีชีวิตอยู่เลย
หากทฤษฎีนี้เป็นจริงทำไมสสารและปฏิสสารไม่หักล้างกันอย่างไปสมบูรณ์ตั้งแต่เกิดระเบิดครั้งนั้น?
เป็นไปได้หรือไม่ที่มีเอกภพซึ่งประกอบขึ้นด้วยปฏิสสารมากมายอยู่ที่ใดสักแห่ง?
เกิดอะไรขึ้นกับปฏิสสารหลังบิกแบง?
หลากหลายคำถามที่จะนำไปสู่คำตอบว่าเหตุใด จึงมีตัวเราที่อยู่ในเอกภพที่เต็มไปด้วยสสารมากมาย
นอกจากนี้ยังมีคำถามว่าเกิดสสารที่ประกอบขึ้นเป็นตัวเราได้อย่างไร ย้อนกลับไปในอดีตเราเชื่อว่าอะตอมคือหน่วยย่อยที่สุดของสสาร แต่ต่อมาเราก็พบว่ายังมีโปรตอน นิวตรอน อิเล็กตรอนที่เล็กกว่า และมี "ควาร์ก" (Quark) เป็นสิ่งที่เล็กลงไปอีก
แต่ยังไม่ใช่สิ่งที่เล็กที่สุดและยังไม่สามารถตอบได้ว่ามวลก่อเกิดขึ้นในจักรวาลอันว่างเปล่าได้อย่างไร
เร่งอนุภาคหา "ฮิกก์ส" ต้นกำเนิดแห่งมวลในจักรวาล
กว่า 40 ปีที่ผ่านมาจึงเกิดทฤษฎีเกี่ยวกับอนุภาค "ฮิกก์ส" (Higgs) ที่เสนอโดย ศ.ปีเตอร์ ฮิกก์ส (Peter Higgs) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ซึ่งอนุภาคฮิกก์สที่ได้รับการขนานนามว่า "อนุภาคพระเจ้า" (God Particle) จะช่วยอธิบายจุดเริ่มต้นของมวล และอธิบายเหตุผลว่าทำไมบางอนุภาคในแบบจำลองมาตรฐาน (Standard model) ซึ่งเป็นทฤษฎีที่พยายามอธิบายอนุภาคมูลฐานและแรงพื้นฐานทั้งหมดในธรรมชาติด้วยสมการเพียงหนึ่งเดียว จึงมีมวลและบางอนุภาคไม่มีมวล โดยนักฟิสิกส์ได้พบสสารอื่นๆ ที่ประกอบขึ้นเป็นสสารหมดแล้ว ยกเว้นฮิกก์ส
การค้นหากำเนิดจักรวาล คล้ายการเก็บร่องรอยคดีฆาตกรรมที่รวบรวมหลักฐาน ณ ที่เกิดเหตุเพื่อวิเคราะห์ย้อนหลังว่าเกิดอะไรขึ้น ทฤษฏีมีอยู่แล้วแต่ยังขาดผลการทดลองมายืนยัน ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์หลายคนจึงฝากความหวังไว้ที่การทดลองขององค์กรความร่วมมือระหว่างประเทศในทวีปยุโรปเพื่อวิจัยและพัฒนาทางด้านนิวเคลียร์ (European Center for Nuclear Research) หรือ "เซิร์น" (CERN) ซึ่งจะเดินเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี (Large Hadron Collider: LHC) ในฤดูร้อนของทวีปยุโรปหรือประมาณ เดือน ก.ค.ที่จะถึงนี้ เพื่อค้นหาอนุภาคฮิกก์สจิ๊กซอว์ชิ้นสุดท้าย ที่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าจะเติมเต็มความเข้าใจในองค์ประกอบพื้นฐานของจักรวาลได้
ดร.อรรถกฤต ฉัตรภูติ จากภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย กล่าวว่าตามทฤษฎีสนามควอนตัม (Quantum field) นักฟิสิกส์เชื่อว่าต้องพบบางอย่างจากการชนกันของอนุภาค ที่พลังงานสูงถึงระดับเทราอิเล็กตรอนโวลต์ (TeV) ซึ่งเป็นระดับพลังงานที่กำลังจะทดลองในเซิร์น
ถ้าไม่เป็นเช่นนั้นจะต้องมีอะไรผิดในทฤษฎีสนามควอนตัมและนักวิทยาศาสตร์ต้องกลับมาคิดกันใหม่ อย่างไรก็ดีนักฟิสิกส์มั่นใจว่าจะไม่เป็นเช่นกรณีหลัง เนื่องจากที่ผ่านมาทฤษฎีสามารถอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ในระดับพลังงานที่ต่ำกว่าการทดลองของเซิร์นที่จะเกิดขึ้นได้ดี
"เซิร์น" องค์กรแห่งยุโรป-ทำงานระดับโลกเพื่อไขจักรวาล
ความรุ่งเรืองสุดขีดของฟิสิกส์อยู่ในยุคสงครามโลกครั้งที่ 2 แต่เซิร์นจะเป็นข้อพิสูจน์ว่าเวลาทองของวิทยาศาสตร์เชิงกายภาพยังไม่หมดลง โดยหลังก่อตั้งมากว่า 50 ปีเซิร์นมีการทดลองเร่งอนุภาคในระดับพลังงานต่างๆ เพิ่มขึ้นตามลำดับ ตั้งแต่ไม่กี่สิบกิกะอิเล็กตรอนโวลต์ (GeV) ไปจนถึงหลายร้อย GeV และมีการค้นพบอนุภาคมูลฐานบางตัว และให้กำเนิดเวริล์ด ไวล์ด เว็บ (www) ที่เป็นประโยชน์ต่อการแลกเปลี่ยนข้อมูลข่าวสารของคนทั้งโลกเมื่อปี 2533
จนกระทั่งเมื่อ 19 ปีที่ผ่านมาองค์กรวิจัยแห่งยุโรปนี้ได้ตัดสินใจสร้างเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ที่อยู่ในอุโมงค์ใต้เมืองเจนีวา สวิตเซอร์แลนด์และชายแดนฝรั่งเศสลงไป 100 เมตรขดเป็นวงกลมระยะทาง 27 กิโลเมตร และมีแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด (Superconducting Magnet) ทำหน้าที่ควบคุมลำอนุภาคให้เบนจนเป็นเส้นรอบวง ทั้งนี้เครื่องเร่งอนุภาคแรกของเซิร์นซึ่งขดเป็นวงกลมเช่นเดียวกันนั้นมีความยาวเพียง 7 กิโลเมตร
ภายในองค์กรวิจัยวิทยาศาสตร์แห่งยุโรปนี้จ้างนักวิทยาศาสตร์หลากหลายเชื้อชาติ ทำงานวิจัยโดยอาศัยความพร้อมทางเครื่องมือของเซิร์น เฉพาะเจ้าที่ซึ่งได้รับการว่าจ้างให้ทำงานโดยตรงก็มีถึง 2,500 คน ขณะที่มีนักวิทยาศาสตร์จากทั่วโลกอีกราว 8,000 ที่แวะเวียนมาทำงานวิจัยที่นี่
ปัจจุบันเซิร์นมีสมาชิกจาก 20 ประเทศในยุโรปซึ่งมีหน้าที่และได้รับสิทธิพิเศษ โดยประเทศเหล่านี้ต้องร่วมลงทุนในค่าใช้จ่ายสำหรับการดำเนินงานของเซิร์น และมีส่วนร่วมในการตัดสินใจเกี่ยวกับองค์กรและกิจกรรมต่างๆ
สำหรับไทยก็เกี่ยวข้องกับเซิร์นในฐานะที่เป็นประเทศกลุ่ม "ไม่ใช่สมาชิก" (non-Member States) ซึ่งมีอยู่หลายประเทศ อาทิ จีน เวียดนาม อิหร่าน เกาหลี ไต้หวัน เป็นต้น แม้ประเทศเหล่านี้ไม่ได้มีส่วนร่วมในการลงทุนหรือร่วมกำหนดทิศทางการวิจัย แต่ก็ได้ใช้ประโยชน์ทางการศึกษาวิจัยจากข้อมูลการทดลองของเซิร์น
เครื่องตรวจวัดสัญญาณกำเนิดจักรวาล
เครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซีในอุโมงค์ยักษ์ใต้ดินที่ขดรอบชายแดนฝรั่งเศสและสวิตเซอร์แลนด์ ประกอบไปด้วยสถานีตรวจวัดอนุภาคที่สำคัญๆ คือ
1.สถานีตรวจวัดอลิซ (ALICE) หน้าที่ของเครื่องตรวจวัดที่สถานีนี้คือการตรวจวัดสถานะพลาสมาควาร์ก-กลูออน (quark-gluon plasma) ซึ่งเชื่อว่าเป็นสถานะที่เกิดขึ้นหลังบิกแบง ขณะที่เอกภพยังร้อนสุดขีด โดยการชนกันของอนุภาคที่จะเกิดขึ้นในเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซีนั้นจะทำให้เกิดอุณหภูมิสูง 100,000 เท่าของใจกลางดวงอาทิตย์ นักฟิสิกส์หวังว่าภายในสภาวะนี้โปรตอนและนิวตรอนจะ "ละลาย" และปลดปล่อยควาร์กออกจากพันธะ
ทีมวิจัยในส่วนของอลิซวางแผนที่จะศึกษาสถานะพลาสมาควาร์ก-กลูออนเมื่อขยายตัวและเย็นลง รวมถึงสังเกตว่าสถานะพิเศษนี้ค่อยๆ กลายเป็นอนุภาคซึ่งประกอบขึ้นเป็นสสารในเอกภพอย่างทุกวันนี้ได้อย่างไร
2.สถานีตรวจวัดอนุภาคแอตลาส (ATLAS) เป็น 1 ใน 2 เครื่องตรวจวัดอเนกประสงค์ภายในเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี มีหน้าที่อย่างกว้างๆ คือตรวจหาอนุภาคฮิกก์ส มิติพิเศษ (extra dimension) และอนุภาคที่อาจก่อตัวขึ้นเป็นสสารมืด (dark matter) โดยจะวัดสัญญาณของอนุภาคที่คาดว่าถูกสร้างขึ้นหลังการชนกันของอนุภาค ทั้งแนวการเคลื่อนที่ พลังงาน รวมไปถึงการจำแนกชนิดอนุภาคนั้นๆ
แอตลาสเป็นระบบแม่เหล็กรูปโดนัทขนาดใหญ่ที่มีความยาวถึง 46 เมตร นับเป็นเครื่องมือชิ้นใหญ่ที่สุดของเซิร์น และมีขดลวดแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดขดเป็นทรงกระบอกยาว 25 เมตร รอบๆท่อลำอนุภาคที่ผ่านใจกลางของเครื่องตรวจวัดอนุภาคนี้ เมื่อเดินเครื่องจะเกิดสนามแม่เหล็กในศูนย์กลางของทรงกระบอก ที่สถานีนี้มีนักวิทยาศาสตร์ทำงานกว่า 1,700 คน
3.สถานีตรวจวัดอนุภาคซีเอ็มเอส (CMS) เป็นเครื่องตรวจวัดอนุภาคที่มีเป้าหมายเดียวกับแอตลาส แต่มีความแตกต่างในรูปแบบการทำงานและระบบแม่เหล็กในการตรวจวัดอนุภาค ซีเอ็มเอสสร้างขึ้นด้วยขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่เกิดจากสายเคเบิลตัวนำยิ่งยวดที่ขดเป็นทรงกระบอก ซึ่งสร้างให้เกิดสนามแม่เหล็กได้มากกว่าโลก 100,000 เท่า ซึ่งทำให้เครื่องตรวจวัดหนักถึง 12,500 ตัน
แทนที่จะสร้างเครื่องมือชิ้นนี้ภายในอุโมงค์ใต้ดินเหมือนเครื่องมืออื่นๆ แต่เครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซีกลับสร้างขึ้นจากบนพื้นดินแล้วแยกเป็นชิ้นส่วน 15 ชิ้นเพื่อนำลงไปประกอบในชั้นใต้ดิน และที่สถานีนี้ก็มีนักวิทยาศาสตร์ทำงานจำนวนมากไม่ยิ่งหย่อนไปกว่าสถานีแอตลาสถึง 2,000 คนจากกว่า 150 สถาบันใน 37 ประเทศ
4.สถานีตรวจวัดอนุภาคแอลเอชซีบี (LHCb) ซึ่งจะทำการทดลองเพื่อสร้างความเข้าใจว่าทำไมเราจึงอาศัยอยู่ในเอกภพที่เต็มไปด้วยสสาร แต่กลับไม่มีปฏิสสาร โดยมีหน้าที่พิเศษในการศึกษาอนุภาคที่เรียกว่า "บิวตี ควาร์ก" (beauty quark) เพื่อสังเกตความแตกต่างเพียงเล็กน้อยระหว่างสสารและปฏิสสาร และแทนที่จะติดตั้งเซนเซอร์รอบจุดที่อนุภาคชนกันก็ใช้ชุดเซนเซอร์ย่อยเรียงซ้อนกันเป็นความยาว 20 เมตร
จากคุณ :
Armageddon
- [
17 เม.ย. 51 08:24:03
A:118.172.25.31 X: TicketID:172987
]
ตะลึง!!! เกิด "หลุมดำ" แน่นอน!!! นักวิทฯ ยอมรับแล้ว ในการทดลองของ CERN ในเดือน กค นี้!!! เตรียมบอกลาคนที่เรารักได้เลย!!!
คห.5 big bang มีจริงๆนะ
ตูม
... เข้ามาดู
. . .
- [
7 ก.ย. 51 14:07:48
]