เครื่องชนอนุภาค (LHC) ประโยชน์และหน้าที่ของ เครื่องชนอนุภาคขนาดใหญ่

องค์การเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป หรือมีอีกชื่อหนึ่งว่าเซิร์น (CERN) ได้มีการแถลงว่าหน่วยทดลอง ATLAS และ CMS ของ เครื่องชนอนุภาค ขนาดใหญ่แอลเอชซี (LHC) ได้ออกมาตรวจพบอนุภาคฮิกส์ หรือฮิกส์ โบซอน (Higgs Boson) ถือได้ว่าเป็นครั้งที่สอง นับตั้งแต่มีการประกาศยืนยันการมีอยู่ของอนุภาคดังกล่าวครั้งแรกเมื่อปี 2013

พร้อมมีการตีพิมพ์รายงานการค้นพบครั้งนี้ในวารสารPhysical Review Letters โดยที่ทางด้านของนักฟิสิกส์ประจำหน่วยการทดลองทั้งสองระบุว่า ได้ออกมาพบสัญญาณของอนุภาคฮิกส์อีกครั้ง ในชั่วขณะที่อนุภาคดังกล่าวมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคระดับควาร์กชนิดที่เรียกว่าท็อปควาร์ก (Top quarks – t ) ซึ่งจัดได้ว่าเป็นอนุภาคมูลฐานที่มีมวลมากหรือหนักมากที่สุด

เครื่องชนอนุภาคขนาดใหญ่

พร้อมกับการตรวจพบอนุภาคฮิกส์ซ้ำอีกครั้ง ซึ่งก็ถือเป็นหลักฐานยืนยันการมีอยู่จริงของอนุภาคดังกล่าวให้ชัดเจนหนักแน่นขึ้น รวมทั้งได้เรียนรู้ถึงคุณสมบัติและพฤติกรรมต่าง ๆ ของอนุภาคฮิกส์ซึ่งมีฉายาว่า “อนุภาคพระเจ้า”

ทีมงานผู้วิจัยระบุว่า ได้มีการใช้การวิเคราะห์ข้อมูลปริมาณมหาศาลมาจากการทดลองชนอนุภาคหลายครั้ง เพื่อที่จะทำการมองหาร่องรอยของอนุภาคฮิกส์ซึ่งทำได้ยากมาก เนื่องมาจากอนุภาคนี้จะเกิดขึ้นเพียงชั่วขณะก่อนสลายตัวไปอย่างรวดเร็ว ทั้งการมีปฏิกิริยากับอนุภาคอื่นอย่างเช่นควาร์กก็เกิดขึ้นในชั่วพริบตาเท่านั้น

เครื่องชนอนุภาค ขนาดใหญ่

ทั้งนี้ ทางด้านของอนุภาคฮิกส์คืออนุภาคมูลฐานชนิดหนึ่งตามแบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) ของฟิสิกส์อนุภาค โดยเป็นตัวการที่ทำให้อนุภาคอื่น ๆ มีมวล (mass) เกิดขึ้น ศาสตาจารย์ ปีเตอร์ ฮิกส์ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษได้มีการทำนายถึงการมีอยู่ของอนุภาคนี้มาตั้งแต่ปี 1964 ก่อนที่จะมีการค้นพบจริงในปี 2013

อนุภาคฮิกส์ ก็ยังเป็นส่วนหนึ่งของสนามฮิกส์ (Higgs field) ที่แผ่ครอบคลุมไปทั่วจักรวาลและทำให้ทุกสรรพสิ่งต่าง ๆ บังเกิดขึ้นหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่หรือบิ๊กแบง

 

รู้จักกับ เครื่องชนอนุภาค มากยิ่งขึ้น

เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่  นั้นก็คือเครื่องเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลก โดยมีเป้าหมายที่จะสร้างอนุภาคโปรตอน 7 TeV ขึ้นมา เพื่อที่จะสามารถ ทำการพิสูจน์ข้อเท็จจริง และ ข้อจำกัดของทฤษฎีทางฟิสิกส์อนุภาคที่ มีอยู่ภายในปัจจุบันอันอยู่ ภายใต้กฎของแรงทั้งสี่ ทางด้านขององค์กรวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป หรือ เซิร์น) ก็ได้เป็นผู้สร้างเครื่องนี้ขึ้นที่บริเวณเขตแดนประเทศฝรั่งเศสและประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ใกล้กับกรุงเจนีวา ที่เป็นท่อใต้ดิน พร้อมกับมีลักษณะเป็นวงแหวน ขนาดความยาวเส้นรอบวง 27 กิโลเมตร

สำหรับเจ้าเครื่อง LHC นี้ถือว่าเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่มีขนาดใหญ่ที่สุดและก็ใช้พลังงานสูงที่สุดของโลก ที่ถูกสร้างขึ้นจากเงินทุนและการสนับสนุนรวมทั้งยังเป็นมีความร่วมมือ จากนักฟิสิกส์มากกว่า 8,000 คน จาก 85 ประเทศ ภายในมหาวิทยาลัย และ ห้องทดลองทั่วโลกนับร้อยแห่งทั่วโลก

เครื่องชนอนุภาคขนาดใหญ่

ในระหว่างการก่อสร้าง เซิร์นก็ได้เปิดโอกาสให้อาสาสมัครจากหลายประเทศทั่วโลก ได้เข้าร่วมบริจาคการทำงานของคอมพิวเตอร์ เพื่อที่จะทำการจำลองพฤติกรรมที่เกิดขึ้นภายในเครื่อง LHC เพื่อช่วยในการออกแบบ และปรับแต่งระบบ ด้วยที่โครงการที่มีชื่อว่า แอลแอชซี@โฮม  เริ่มมาตั้งแต่วันที่ 1 กันยายน พ.ศ. 2547 โครงการนี้ก็ได้มีการดำเนินการบนระบบ BOINC เป็นซอฟต์แวร์โครงสร้างพื้นฐานสำหรับการสร้างโครงการเทคโนโลยีการประมวลผลแบบกระจาย ของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ซึ่งจะใช้สำหรับงานวิจัย ที่จำเป็นต้องใช้ประมวลผลของข้อมูลจำนวนมาก เพราะว่าแทนที่ผู้ทำวิจัยจะเสียเงินซื้อเครื่องซูเปอร์เครื่องคอมพิวเตอร์ ก็มักจะหันมาใช้ระบบ กริดคอมพิวติ้ง ที่เป็นเทคโนโลยี ผ่านการวิจัยและพัฒนาขึ้นมา เพื่อที่ให้ระบบทำการคำนวณหรือประมวลผลข้อมูลที่มีความซับซ้อนขึ้นมา โดยจะมีการนำเอาเทคโนโลยีทรัพยากรทางด้านการคำนวณและประมวลผลทางด้านคอมพิวเตอร์

เครื่องเร่งนี้ยังสามารถทำความเย็นลงได้ต่ำที่สุดที่ประมาณ 1.9 K (หรือ ประมาณ  ติดลบ 271.25 °C) ถือได้ว่าเป็นอุณหภูมิที่ทำลงไปใกล้อุณหภูมิสัมบูรณ์มากที่สุด ได้มีการทดสอบยิงอนุภาคเริ่มต้นสำเร็จแล้วในช่วงวันที่ 8 -11 สิงหาคม พ.ศ. 2551 และก็ได้มีกำหนดจะยิงอนุภาคให้เคลื่อนที่ไปครบวงรอบของท่อตัวนำในวันที่ 10 กันยายน พ.ศ. 2551 โดยที่มีการใช้พลังงานเริ่มต้นที่ 0.45 TeV เมื่อเส้นทางของอนุภาคเข้าสู่ภาวะเสถียร เครื่องก็จะปรับเส้นทางให้เกิดการชนกันของอนุภาค หลังจากนั้นจะค่อยๆ เพิ่มระดับของพลังงานขึ้นไปจนถึง 5 TeV และสังเกตการณ์ผลที่เกิดขึ้น

เครื่องชนอนุภาคขนาดใหญ่

ในทางทฤษฎีแล้ว เชื่อว่าเมื่อเดินเครื่องเครื่องเร่งอนุภาคนั้น จะสามารถสร้างอนุภาคฮิกส์ (หรือ อนุภาคพระเจ้า) ขึ้นมาได้ นับว่ามันเป็นอนุภาคหนึ่งในสองชนิดในแบบจำลองมาตรฐานที่ยังไม่ถูกค้นพบ ซึ่งก็จะเป็นการตอบคำถามอันหาคำตอบไม่ได้ภายใต้กฎทางฟิสิกส์ปัจจุบัน และจะส่งผลทำให้ท่านสามารถอธิบายคุณสมบัติพื้นฐานของอนุภาคที่ประกอบกันขึ้นเป็นมวล

ผู้คนจำนวนหนึ่งก็ยังเป็นกังวลเกี่ยวกับความปลอดภัยในการทดลองครั้งนี้ ว่าเครื่องดังกล่าวนี้อาจจะทำให้เกิดหลุมดำ ในบางส่วนถึงกับฟ้องร้องต่อศาลให้ระงับการทดลอง แต่ทว่าชุมชนนักวิทยาศาสตร์ต่างเห็นพ้องกันว่าการทดลองเครื่องเร่งอนุภาคครั้งนี้ไม่ก่อให้เกิดอันตรายแต่อย่างใด

เครื่องตรวจวัด

LHC นั้นจะประกอบไปด้วยเครื่องตรวจวัดจำนวนทั้งสิ้น 6 ชุด นับว่าเป็นเครื่องตรวจวัดอเนกประสงค์ 2 ชุด คือ ATLAS และ CMS รวมไปถึงเครื่องตรวจวัดสถานะพลาสมาควาร์ก-กลูออน ALICE และเครื่องตรวจวัดเฉพาะงานขนาดเล็กอีก 3 ชุด คือ LHCb, TOTEM และ LHCf

เครื่องชนอนุภาคขนาดใหญ่

  • ATLAS ก็เปรียบเสือนเป็นเครื่องตรวจวัดอเนกประสงค์ ทำหน้าที่ตรวจสอบ และค้นหาอนุภาคฮิกก์ส มิติพิเศษ และอนุภาคที่อาจก่อตัวขึ้นเป็นสสารมืด (dark matter) เป็นเครื่องมือชิ้นใหญ่ที่สุดของ LHC
  • CMS ถือได้ว่าเป็นเครื่องตรวจวัดอเนกประสงค์เช่นเดียวกับ ATLAS แต่ทว่าก็มีหลักการทำงานต่างกัน
  • ALICE มักจะทำหน้าที่ศึกษาสถานะพลาสมาควาร์ก-กลูออนเมื่อขยายตัวและเย็นลง และศึกษาการสลายตัวของสถานะพิเศษนี้ จนกลายเป็นอนุภาคซึ่งประกอบขึ้นเป็นสสารในเอกภพ
  • LHCb ศึกษาบิวตี ควาร์ก (beauty quark) เพื่อที่จะสังเกตความแตกต่างระหว่างสสารและปฏิสสาร
  • TOTEM
  • LHCf