เครื่องเร่งอนุภาค LEP

ยางเขาปลายเดือนนี้ อุปกรณวิทยาศาสตรที่มีขนาดใหญที่สุดในโลก จะเริ่มทํ างาน อุปกรณชิ้นนี้ ฝงอยูใตดินที่ระดับลึก 100 เมตร ใกลหมูบานแหงหนึ่ง ของกรุงเจนีวา ประเทศสวิตเซอรแลนด ตัวอุปกรณ มีลักษณะเปนทอรูปโดนัท ซึ่งมีเสนรอบวงยาว 25 กิโลเมตร เสนผาศูนยกลางของทอนี้ยาว 4 เมตร มีนํ้าหนักทั้งสิ้น 60,000 ตัน ตัวอุปกรณมีลวด และสาย ไฟยาว 6,000 กิโลเมตร สิริราคารวม 2 หมื่นลานบาท

นักฟสิกส 3,500 คน จากประเทศตางๆ ในยุโรป 14 ประเทศ จะใชเครื่องมือนี้ เรงอนุภาคอิเล็กตรอน และโพสิตรอน ซึ่งเปนอนุภาคที่เหมือน อิเล็กตรอนทุกประการ แตมีประจุไฟฟาเปนบวก ใหอนุภาคทั้ง 2 ชนิดนี้วิ่งสวนกันในทอวงกลม จนกระทั่งมีความเร็วเปน 99.999996% ของความเร็วแสง จากนั้น จึงบังคับใหอนุภาคทั้งสองพุง เขาชนกัน จุดประสงคของการทดลองนี้ เพื่อยืนยัน (หรือลบลาง) ความเขาใจของมนุษย เรื่องโครงสรางของสสารทุกชนิดในจักรวาล

อุปกรณนี้มีชื่อเรียกเปนทางการวา Large Electron-Positron Collider หรือเรียกสั้นๆ วา LEP

อิเล็กตรอน และโพสิตรอน ที่มีพลังงานสูง เวลาชนกัน พลังงานของอนุภาคทั้งสอง บางสวนจะถูกเปลี่ยนไป เปนสสารตามสมการ E=mc² เมื่อเปนเชนนี้ การชนกันของอนุภาคทั้งสอง จะทํ าใหเกิดอนุภาคตางๆ มากมาย เปรียบเสมือนการที่เราเอารถโตโยตา 2 คันพุงเขาชนกันดวยความเร็วสูง แลวมีรถโฟลค รถจักรยานยนต รถเฟยต หรือ แมกระทั่งรถไฟ เกิดขึ้นหลังจากการชนนั้น

นักวิทยาศาสตรคาดหวังวา LEP ซึ่งมีขนาดมโหฬารเครื่องนี้ สามารถสรางอนุภาคชนิดหนึ่ง ซึ่งมี ชื่อเรียกวา Z^o ใหนักวิทยาศาสตรเห็นได อนุภาค Z^o เคยอุบัติในจักรวาลเมื่อ 15,000 ลาน ปมาแลว ซึ่งเปนตอนที่จักรวาลถือกําเนิดใหมๆ จากจํานวนการชนระหวางอิเล็กตรอน และโพสิตรอนนับพันลานครั้ง โอกาสการเกิดอนุภาค Z^o จะเปนเพียงแค 1 ครั้งเทานั้น ยิ่งไปกวานั้น อายุขัยของอนุภาค Z^o ก็สั้นมาก คือประมาณ 0.000,000,000,012 วินาที อุปสรรคในการสังเกต Z^oจึงมีมากมหาศาล ความยากลําบากนี้ เปรียบเทียบไดกับการคนหาเพื่อนที่รูจักสักคน ในฝูงชน 1,000 ลานคน

นอกจากอนุภาคZ^o แลว นัก ฟสิกสคาดวาจะมีอนุภาคอื่นๆ เชน Higgs boson และ top quark เกิดขึ้นอีกดวย

ในอดีตเมื่อ 60 ปมาแลว ทุกคนเชื่อวาสสารทุกชนิดประกอบ ดวยอนุภาคมูลฐาน 3 ชนิด คือ โปรตรอน นิวตรอน และ อิเล็กตรอน ปจจุบันนักวิทยาศาสตรพบวาโปรตรอน และนิวตรอน ยังมีองคประกอบที่เล็กลงไปอีก ซึ่งเรียกวา quark ทฤษฎีลาสุดแถลงวา quark มี 6 ชนิด ตราบเทาทุกวันนี้ นักวิทยาศาสตรไดสังเกตเห็น quark แลว 5 ชนิด สวนชนิดที่ 6 คือ top quark นั้นยังไมมีใครเห็น

หาก LEP แสดงใหนักวิทยาศาสตรเห็น top quark อยางชัดเจน เราก็จะสามารถอธิบายได้ และเขาใจอยางแจมแจงวา เหตุใดสสารทุกชนิดในจักรวาล จึงดํารงสภาพอยูไดดังที่มันเปนอยู

หาก LEP แสดงใหเห็นวา top quark ไมมีหรือแสดงใหนักวิทยาศาสตรเห็นอนุภาคอื่น ที่ไมมีใครคาดฝนมากอนวา จะมี นั่นหมายความวานักวิทยาศาสตรจะตองปฏิวัติ ปฏิรูป ความคิดทางดานโครงสรางของธรรมชาติ อีกเปนการใหญ

ในขณะที่นักวิทยาศาสตรภาคพื้นยุโรป กําลังจะใช LEP บุกเบิกความรู ทางสหรัฐฯ เองก็มีเครื่อง เรงอนุภาคที่นับไดวาเปนคูแขงของ LEP เหมือนกันที่มหาวิทยาลัย Stanford ในรัฐ California แต เครื่องเรงอนุภาคของอเมริกาเล็กกวา ของยุโรป 100 เทา จึงผลิต Z 0 ไดนอยกวา และนั่นก็หมายความ วาโอกาสที่จะคนพบอนุภาคใหมๆ ก็มีนอยตามไปดวย

อยางไรก็ตามอเมริกายังไมตั้งใจ ที่จะชูธงแพ อเมริกากํ าลังสราง Superconducting Supercollider (SSC) ที่ Texas ซึ่งมีขนาดอภิมหาโอฬาร คือมีเสนรอบวงยาว 100 กิโลเมตร และมี พลังงานมากกวา LEP ยุคปจจุบันมาก

อุปกรณ LEP ตองการพลังงาน และพลังเงินมาก ในการดํ าเนินงาน ถึงแมผลการทดลองนี้ไม สามารถทํ าใหนํ้าทะเลเปนนํ้าจืด และ LEP รักษาโรคมะเร็งก็ไมได แตนักวิทยาศาสตรทั้งหลาย ผูกํ าลัง ขยายอาณานิคมความรูก็ไมมั่นใจนักวา จะมี อะไรรอตนอยูเบื้องหนา ความลึกลับทั้งหลายทั้งปวงจึงเปน เรื่องที่นาตื่นเตน และนากระวนกระวายที่สุด

ดังนั้น นักวิทยาศาสตรทั้งหลาย จึงกํ าลังคอยผลการทดลองจาก LEP อยูอยางใจ จดจอ

ที่มา : ดร.สุทัศน์ ยกส้าน
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)