CERN (European Council for Nuclear Research)

[ปลองทา30]

Large Hadrons Collider เครื่องมือไขความลับจักรวาล   

ผู้เขียน molecularck เว็บไซต์ www.foosci.com
http://www.foosci.com/node/396

ข้อมูลพื้นฐาน
LHC คือ เครื่องจักรยักษ์ มีลักษณะเป็นอุโมงค์วงแหวนขนาด 27 กิโลเมตรลึกลงไปใต้ดิน 175 เมตร โดยอุโมงค์อยู่ระหว่างฝรั่งเศษและสวิตส์เซอร์แลนด์ ภายใน LHC ประกอบไปด้วย CERN predecessor, Large Electron-Positron (LEP) collider, และ ageing accelerator ที่ legendary Fermilab ในอิลินอยด์ และมีพลังในการชนโปรตอนหรือไอออน ซึ่งเป็นอนุภาคที่รู้ัจักในนาม Hadrons ด้วยกำลังการชน 14 TeV ซึ่งเป็น 7 เท่าของสถิติที่บันทึกในการทดลองที่ Tevatron ณ Fermilab เป้าหมายที่ยิ่งใหญ่ของการทดลองนี้คือการล่วงรู้ถึงอนุภาคเล็ก ๆ นั้นคืออนุภาค Higgs

ปฐมบท LHC เครื่องมือไขความลับจักรวาล บทความชุดนี้เป็น 1 ในบทความของ LHC ซึ่งนี้เป็นตอนปฐมบทเพื่อกล่าวถึงความเป็นมาของหน่วยงานที่ดูแลเครื่อง LHC นั้นคือ CERN นั้นเอง

CERN คือ European Organization for Nuclear Research ซึ่งเป็นหน่วยงานของยุโรปที่ทำการศึกษานิวเคลียร์ฟิสิกส์ ตั้งอยู่ที่บริเวณชายแดนฝรั่งเศสและสวิตส์เซอร์แลนด์ ติดกับกรุงเจนีวา มีพนักงาน 2,600 คน นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรอีก 7,931 คน ซึ่งมาจากมหาวิทยาลัย 500 แห่ง


ภาพโลโก้ CERN

งานหลักของ CERN คือการให้บริการเครื่องเร่งอนุภาคและเครื่องมือด้านฟิสิกส์พลังงานสูงอื่น ซึ่ง CERN ต้องการจะศึกษาการกำเนิดของเอกภพและอนุภาคพื้นฐานจากการชนกันของอนุภาค เพื่อเรียนรู้กฏของธรรมชาติ

CERN ก่อตั้งเมื่อปี 1954 โดยมีชาติสมาชิก 20 ชาติ ชาติเฝ้าสังเกตการณ์ 8 ชาติ และชาติที่ไม่ได้เป็นสมาชิกอีกหลายชาติร่วมอยู่ด้วย ซึ่งรวม ๆ แล้วกว่าครึ่งโลกที่ร่วมมือกัน


ภาพสมาชิก CERN

เป้าหมายของ CERN

องค์กรมีหน้าที่ให้ความร่วมมือชาติในยุโรปเพื่อวิจัยวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์และรูปแบบพื้นฐาน องค์กรไม่มีหน้าที่ทำงานให้การวิจัยทางทหารและผลของการทดลองและทฤษฎีจะถูกตีพิมพ์หรือออกสู่สาธารณะชนในทางอื่น

วิจัย : ค้นหาและสืบเสาะคำตอบของคำถามเกี่ยวกับจักรวาล

เทคโนโลยี : พัฒนาก้าวนำด้านเทคโนโลยี

ความร่วมมือ : นำทุกชาติร่วมมือกันผ่านวิทยาศาสตร์

การศึกษา : ฝึกฝนนักวิทยาศาสตร์ในอนาคต 

ผลงานของ CERN

CERN มีการค้นพบที่สำคัญหลายอย่างในการทดลองตั้งแต่ช่วงที่ก่อตั้งมา จนถึงปัจจุบัน ซึ่งที่สำคัญได้แก่

ปี 1973 : ค้นพบกระแสกลาง ใน ห้องตรวจจับ Gargamelle

ปี 1983 ค้นพบ W และ Z bosons ใน การทดลอง UA1 และ UA2 ซึ่งการค้นพบนี้ทำให้นักวิจัยได้รางวัลโนเบลไปในปี 1984

ปี 1989 ทำนายจำนวนตระกูลนิวตริโนที่ Large Electron Positron Collider (LEP) ในการปฏิบัติการ Z boson peak

ในปี 1992 นักวิจัย CERN ได้รางวัลโนเบลจากผลงานนวัตกรรมและการพัฒนาเครื่องตรวจจับอนุภาค นั้นคือ multiwire proportional chamber

ปี 1995 สร้าง แอนติไฮโดรเจนตัวแรก ในการทดลอง PS210

ปี 1999 ค้นพบทิศทาง CP-violation ในการทดลอง NA48 

นอกจากนี้หลายคนอาจจะไม่รู้ว่า CERN ยังเป็นผู้ให้กำเนิด World Wide Web จากโครงการชื่อว่า ENQUIRE ซึ่งเป็นระบบที่ไว้แชร์ข้อมูลระหว่างนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น นอกจากนี้ CERN ยังเป็นศูนย์พัฒนาคอมพิวเตอร์กริดอีกด้วยในปัจจุบัน

เครื่องเร่งอนุภาคใน CERN

CERN มีเครื่องเร่งอนุภาคและเครื่องตรวจจับ 6 เครื่อง แต่ละเครื่องจะเพิ่มพลังงานของลำอนุภาคเป็นห่วงโซ่ก่อนที่จะส่งเข้าสู่การทดลองหรือส่งไปยังเครื่องเร่งที่กำลังสูงกว่า เครื่องที่ยังทำงานอยู่ในปัจจุบันได้แก่

เครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้น 2 เครื่อง สร้างอนุภาคพลังงานต่ำเข้าสู่โปรตอนซินโครตรอน

เครื่องเร่งโปรตอนซินโครตรอน (PS) เพิ่มพลังงานโปรตอนจากเครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้นก่อนที่จะส่งไปยังเครื่องอนุภาคตัวอื่น

วงแหวนพลังงานต่ำ (LEIR)เร่งไอออนจากเครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้น ก่อนที่จะส่งไปที่โปรตอนซินโครตรอน เครื่องนี้ทำงานเมื่อปี 2005 ก่อนที่หน้านั้นถูกปรับแต่งมาจาก Low Energy Anti-proton Ring (LEAR)

โปรตรอนซินโครตรอน 28 GeV (PS) สร้างในปี 1959 และยังคงใช้งานอยู่เพื่อป้อนอนุภาคสู่ เครื่องเหนี่ยวนำโปรตรอนยิ่งยวด (SPS)

เครื่องเหนี่ยวนำโปรตรอนยิ่งยวด (SPS) เครื่องเร่งอนุภาคแบบวงแหวน มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 กิโลเมตร สร้างในอุโมงค์ และเริ่มใช้งานปี 1976 เครื่องนี้ถูกออกแบบมาให้ส่งพลังงานได้ 300 GeV และถูกปรับปรุงให้ส่งพลังงานถึง 450 GeV โดยมีลำอนุภาคเป็นของตัวเองสำหรับการทดลองเป้าหมายที่อยู่นิ่ง และยังใช้ใน การชนโปรตอนและปฏิโปรตรอน และเร่งอิเล็กตรอนและโปรสิตรอนพลังงานสูง เข้าสู่ Large Electron-Positron Collider (LEP) และปี 2008 จะทำการส่งโปรตรอนและไอออนหนักเข้าสู่ Large Hadron Collider (LHC)

On-Line Isotope Mass Separator (ISOLDE) ใช้ศึกษา นิวคลิไอที่ไม่สเถียร โดยอนุภาคจะถูกเร่งใน PS ก่อนจะส่งเข้า ISOLDE

เครื่องชะลอแอนติโปรตรอน (AD) ซึ่งจะชลอความเร็วแอนติโปรตรอนประมาณ 10% ของความเร็วแสงเพื่อการวิจัย ปฏิสสาร

[ปลองทา30]

Large Hadrons Collider เครื่องมือไขความลับจักรวาล 2   

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

[ปลองทา30]

ข่าวทีวีทดลองจำลองกำเนิดจักรวาล ดญ.หนีโลกวิบัติฆ่าตัวตาย [15 ก.ย. 51 - 00:33]



หนังสือพิมพ์รายวัน “ฮินดูสถาน ไทมส์” ของอินเดียลงข่าวว่า เด็กสาวคนหนึ่งได้ฆ่าตัวตาย ด้วยความตื่นกลัวว่า การทดลองเลียนเหตุการณ์การกำเนิดของจักรวาล ที่อุโมงค์ใต้ดินนครเจนีวา จะทำให้โลกแตก

ข่าวกล่าวว่า เด็กหญิงชัยยา ลาล วัย 16 ปี ที่รัฐมัธยปะเทศ ได้จบชีวิตตนเอง ด้วยการกลืนยาพิษที่ไม่เปิดเผย หลังจากที่ได้ดูข่าวการทดลองดังกล่าวซึ่งเป็นการทดลองยิงอนุภาคในโทรทัศน์ ด้วยความกลัวว่า จะทำให้โลกพบกับอวสาน แม้ว่าหมอที่โรงพยาบาลจะพยายามช่วยชีวิตสักเท่าใด

การทดลองทางฟิสิกส์ครั้งประวัติการณ์ ซึ่งทำกันเมื่อไม่กี่วันมานี้ เพื่อไขความลับของกำเนิดจักรวาล ได้รับการโห่ร้องยกย่องว่าได้ผลอย่างงดงาม นักวิทยาศาสตร์ในโครงการได้รับรองอย่างแข็งขันก่อนหน้าว่า มันจะไม่ก่อให้เกิด “หลุมดำ” อันมีสภาพเหมือนกับขุมนรกของจักรวาล และตามทฤษฎีว่า มีฤทธิ์เดช ดูดกลืน ไม่ว่าดวงดาวต่าง ๆ ให้หายวับไปได้ หรือไม่ก็กลายเป็นอนุภาคประหลาด เป็นของเหนียวหนึบหนับไป

เมื่อเครื่องมือทดลองที่เรียกว่า “เครื่องยิงอนุภาคยักษ์” เดินเครื่องเต็มกำลังขึ้นเมื่อใด นักวิทยาศาสตร์หวังว่า มันจะสร้างเลียนแบบภาวะ “การระเบิดครั้งใหญ่” ขึ้นชั่วคราว เมื่อตอนเกิดจักรวาลขึ้นเมื่อ 13.7 พันล้านปีมาแล้ว

[ch]

น่าสนใจมาก แต่อ่านเข้าใจมั่งไม่เข้าใจมั่ง ตามประสาคนได้ฟิสิกส์ เกรด 2  ตอนมัธยม

[ปลองทา30]

น่าสนใจมาก แต่อ่านเข้าใจมั่งไม่เข้าใจมั่ง ตามประสาคนได้ฟิสิกส์ เกรด 2  ตอนมัธยม

อืม ไม่ค่อยเข้าใจเหมือนกัน เพราะไม่ค่อยฉลาด แต่สงสัยว่าทำไมสมองคนเราถึงคิดได้ขนาดนี้น่ะ อัจฉริยะไม่น่าเชื่อเลย