0239: God Particles

แต่เดิมเราเชื่อว่าอนุภาคพื้นฐานที่เล็กที่สุดที่เป็นส่วนประกอบของทุกสิ่งคือ อะตอม (คำว่าอะตอมเป็นภาษากรีกแปลว่า แบ่งแยกไม่ได้)

ต่อมาเราก็เชื่อว่าอะตอมประกอบด้วยอนุภาคพื้นฐานที่สำคัญคือ นิวตรอน โปรตอน และอิเล็กตรอน อะตอมของธาตุแต่ละอย่างมีจำนวนนิวตรอน โปรตอน และอิเล็กตรอนไม่เท่ากัน ทำให้ธาตุมีคุณสมบัติเฉพาะที่ต่างกันไป

ต่อมาเราก็เชื่อว่าที่จริงแล้ว นิวตรอนและโปรตอนไม่ใช่อนุภาคพื้นฐาน แต่ประกอบด้วยอนุภาคพื้นฐานที่เรียกว่า ควากส์ ซึ่งมีสองแบบคือ ขึ้น และ ลง (ตั้งชื่อง่ายไปหน่อยรึเปล่า?) โปรตอนประกอบด้วย ควากส์ขึ้น 2 ตัว กับควาส์กลง 1 ตัว ส่วนนิวตรอนประกอบด้วยควาสก์ลง 2 ตัวกับควากส์ขึ้น 1 ตัว

นั่นทำให้ความเชื่อเรื่องอนุภาคพื้นฐานเปลี่ยนไป เราเชื่อใหม่ว่า อนุภาคพื้นฐานของอะตอมจริงๆ แล้วประกอบด้วย อิเล็กตรอน ควากส์ขึ้น และควาสก์ลง ต่างหาก หลังจากนั้นก็มีคนค้นพบอนุภาคอีกอย่างหนึ่งที่ไม่ได้มีอิเล็กตรอน ควากส์ขึ้น หรือควากส์ลง เป็นส่วนประกอบ ชื่อว่า นิวตริโน ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีอยู่ทั่วไป แต่ตรวจจับยากมากเพราะมีขนาดเล็กว่าอิเล็กตรอนอย่างมาก สรุปแล้ว อนุภาคพื้นฐานที่ประกอบขึ้นเป็นเอกภพมีทั้งสิ้น 4 อย่างเท่านั้น คือ อิเล็กตรอน ควากส์ขึ้น ควากส์ลง และ (อิเล็กตรอน)นิวตริโน

นึกว่าทุกอย่างจะจบแล้ว แต่หลังจากนั้นก็ดันมีนักวิทยาศาสตร์ค้นพบอนุภาคอย่างใหม่ที่ไม่ได้มีอนุภาคพื้นฐานทั้งสี่ที่ว่ามาเป็นองค์ประกอบอีก เรียกว่า มิวออน ซึ่งสร้างความขัดใจให้กับวงการวิทยาศาสตร์เป็นอย่างมาก เพราะทำให้ความเชื่อที่ว่าทุกสิ่งประกอบขึ้นจาก อิเล็กตรอน ควากส์ขึ้น ควากส์ลง และนิวตริโน นั้นเป็นความเชื่อที่ผิดไปเสียอีกแล้ว

หลังจากนั้นด้วยเทคโนโลยีที่สูงขึ้น ทำให้มีนักวิทยาศาสตร์ค้นพบอนุภาคใหม่ๆ ที่ไม่ได้เกิดจากอนุภาคพื้นฐานทั้งสี่อีกหลายตัว เช่น เทา มิวออนนิวตริโน ชามควากส์ ฯลฯ รวมแล้ว เราเจออนุภาคพื้นฐานไปแล้วทั้งสิ้น 12 อย่าง (ปวดหัว)

ที่น่าแปลกก็คือ อนุภาคเหล่านี้มีคุณสมบัติที่สามารถจับคู่กันได้อย่างน่าประหลาด ราวกับว่าธรรมชาติสร้างอนุภาคเหล่านี้ขึ้นมาอย่างจงใจ ตัวอย่างเช่น อนุภาคสามอย่างที่ไม่ใช่ควากส์ ได้แก่ อิเล็กตรอน มิวออน และเทา นั้นล้วนมีนิวตริโนเป็นคู่ของมันด้วยเสมอ (อิเล็กตรอนนิวตริโน มิวออนนิวตริโน เทานิวตริโน)

นอกจากอนุภาคพื้นฐานทั้ง 12 อย่าง ซึ่งเป็นอนุภาคที่มวลแล้ว โลกของเราก็ยังมีอนุภาคพื้นฐานอีก 3 อย่างที่ไม่มีมวล ได้แก่ กลูออน โฟตอน โบซอนz และโบซอนw อีกด้วย อนุภาคที่ไม่มีมวลเหล่านี้ทุกตัวสามารถจับคู่กับแรงพื้นฐานของเอกภาพได้ทั้งหมด กล่าวคือ แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์อย่างแรง และแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน เช่น กลูออนเกิดจากแรงนิวเคลียร์อย่างแรง โฟตอนเกิดจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้า โบซอนz และโบซอนw เกิดจากแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน (จะมีแต่แรงโน้มถ่วงเท่านั้นที่ยังหาอนุภาคที่เป็นคู่ของมันไม่พบ แต่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าจะต้องอยู่อย่างแน่นอน ตั้งชื่อไว้แล้วล่วงหน้าว่า เรียกว่า กราวิตอน)

จากการศึกษาสมบัติของอนุภาคพื้นฐานทั้งมีมวลและไม่มีมวลทั้ง 16 อย่างนี้ นักวิทยาศาสตร์เจอช่องโหว่บางอย่าง ที่ทำให้เชื่อว่าจะต้องมีอนุภาคพื้นฐานอีกหนึ่งชนิด เรียกว่า Higgs Boson อยู่ด้วยอย่างแน่นอน อนุภาคที่ว่านี้จะเป็นตัวที่อธิบายว่าทำไมอนุภาคที่มีมวลทั้ง 12 ชนิดถึงมีมวล อนุภาคนี้จึงมีชื่อเล่นว่า God Particle เมื่อไรก็ตามที่มีการค้นพบ God Particle ทฤษฏีที่ว่าสรรพสิ่งทั้งหลายประกอบด้วยอนุภาคพื้นฐานทั้งสิ้น 16 อย่าง บวกกับ God Particle ก็จะได้รับการยืนยันทันที

lhc_hall_1

นักวิทยาศาสตร์ค้นหาอนุภาคใหม่ๆ ได้ด้วยการใช้เครื่องเร่งอนุภาค เร่งอนุภาคสองตัวให้วิ่งชนกันแรงๆ เพื่อให้พลังงานถูกเปลี่ยนเป็นมวล (ตามกฏของไอน์สไตน์ E=mc^2) ซึ่งจะเกิดอนุภาคแปลกๆ ขึ้นมาได้ แต่เนื่องจากตามทฤษฏีแล้ว God Particle น่าจะเป็นอนุภาคที่มีมวลสูงมาก เครื่องเร่งอนุภาคที่ผ่านมายังจึงไม่มีเครื่องใดที่มีกำลังมากพอที่จะสังเคราะห์ God Particle ได้ โลกจึงกำลังตั้งความหวังกับเครื่องเร่งอนุภาค LHC ของสถาบัน CERN ซึ่งเป็นเครื่องยิงอนุภาคที่มีกำลังสูงที่สุดเท่าที่เคยสร้างมา ที่จะค้นพบ God Particle ด้วยการเร่งให้โปรตอนวิ่งชนกันเองอย่างรุนแรงที่สุดเท่าที่เคยมีการทดลองมา

อย่างไรก็ตาม ถึง CERN จะค้นพบ God Particle แต่ก็สายไปแล้ว เพราะปัจจุบันโมเดลมาตรฐานดังกล่าวนี้ อธิบายทั้งหมดของเอกภพไม่ได้แล้ว เนื่องจากมันไม่สามารถอธิบาย antimatter, dark matter และ dark energy ซึ่งเรารู้ว่ามีอยู่ด้วยเหมือนกัน (นอกเหนือจากอนุภาคพื้นฐานทั้ง 17)  สิ่งเหล่านี้กำลังถูกอธิบายด้วยทฤษฏีใหม่ๆ เช่น supersymmetry, superstring ซึ่งยังเป็นแนวคิดที่ยังต้องการหลักฐาน เพื่อพิสูจน์อีกมาก งานของนักฟิสิกส์ยังต้องมีอีกเยอะครับ

19019541_w434_h_q80

(สงสัยช่วงนี้ผมจะดูหนังมากเกินไป)