เซิร์น

วันที่ 10 กันยายน พ.ศ. 2551 ปีที่ 31 ฉบับที่ 11141 มติชนรายวัน

"เซิร์น" พลิกโฉมวิทยาศาสตร์โลก ไขปริศนากำเนิดจักรวาล โดย เชตวัน เตือประโคน
ภาพทางอากาศที่ตั้งของ "เซิร์น" เส้นวงกลมสีขาวคือ ตำแหน่งของอุโมงค์ยาว 27 กม. ส่วนจุดประ คือชายแดนระหว่างตอนเหนือของฝรั่งเศสและตอนใต้ของสวิสวันนี้ (10 กันยายน) นับเป็นอีกวันที่วงการวิทยาศาสตร์โลกต้องจดจำ!!กับคำถามมากมายที่ติดใจผู้คนมาแสนนานว่า เอกภพหรือจักรวาลเกิดจากอะไร? ประกอบขึ้นด้วยอะไรบ้าง? ทฤษฎี "บิ๊กแบง" (Big Bang) หรือ "การระเบิดครั้งใหญ่" เมื่อ 1.37 หมื่นล้านปีก่อน ที่ได้รับการเชื่อถือมากที่สุดว่าเป็นต้นตอของการเกิดจักรวาล ก็ยังมีช่องโหว่เรื่องสสาร (Matter) และ ปฏิสสาร (Antimatter) ที่ก่อให้เกิดการระเบิด คือโดยธรรมชาติแล้ว ทั้ง 2 มีมวลเท่ากัน แต่ประจุตรงกันข้ามกัน เมื่อเกิดปฏิกิริยาแล้วก็จะหักล้างกันเองอย่างสมบูรณ์ ไม่น่าจะมี จักรวาล กาแล็กซี่ ดวงดาว โลก หรือแม้แต่สิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นได้บางครั้ง การเปิดเดิน เครื่องเร่งอนุภาคแบบหมุน (Large Hadron Collider) หรือ "LHC" ของ องค์กรความร่วมมือระหว่างประเทศในทวีปยุโรป เพื่อวิจัยและพัฒนาทางด้านนิวเคลียร์ (European Center for Nuclear Research) หรือ "เซิร์น" (CERN) อาจให้คำตอบเพราะตามที่ ปีเตอร์ ฮิกก์ส (Peter Higgs) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ได้เสนอทฤษฎีเกี่ยวกับอนุภาค "ฮิกก์ส" โดยพยายามอธิบายเรื่องอนุภาคพื้นฐานและแรงพื้นฐานในธรรมชาติ (ที่ก่อให้เกิดการระเบิด) ซึ่งบางอนุภาคมีมวล และบางอนุภาคที่ไม่มีมวล และการทดลอง "เซิร์น" ครั้งนี้ อาจทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้คำตอบลองจิตนาการว่า มีการลอบวางระเบิดในตู้โทรศัพท์แห่งหนึ่งการทดลองของ "เซิร์น" ครั้งนี้ คือการเก็บรวบรวมหลักฐานในการระเบิด จากชิ้นส่วนต่างๆ เพื่อดูว่า ระเบิดลูกนั้นคือ ระเบิดชนิดใด ประกอบขึ้นด้วยอะไรบ้าง และในการทดลองตามทฤษฎีแล้วต้องพบอนุภาคที่เราเรียกขึ้นลอยๆ ว่า "ฮิกก์ส" ด้วย จึงอาจกล่าวได้ว่า การทดลองครั้งนี้ เป็นไปเพื่อพิสูจน์ทฤษฎีของนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้นี้นั่นเอง"ทฤษฎีมีอยู่แล้ว แต่ยังขาดการทดลองสนับสนุน" อรรถกฤต ฉัตรภูมิ อาจารย์ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย กล่าว และเล่าให้ฟังว่า การทดลองครั้งนี้ คือการเดินเครื่องเร่งอนุภาค แอลเอชซี เพื่อให้ลำอนุภาคของโปรตอน 2 ตัววิ่งมาชนกัน โดยให้โปรตอนทั้งสองนี้ เคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม ตามท่อที่วางไว้ ภายใต้ภาวะสุญญากาศ แล้วชนกันที่ความเร็วเกือบจะเท่าความเร็วแสง ที่พลังงานสูงระดับล้านล้านอิเล็กตรอนโวลต์ ทุกคนต่างลุ้นระทึก ว่าหลังการชนนี่แหละจะเกิดอะไรขึ้น"ด้วยความเร็วระดับนี้ พลังงานสูงระดับนี้ ตามทฤษฎีควอนตัมแล้ว การชนกันของอนุภาคโปรตอนสองลำนี้จะทำให้เราพบอะไรบางอย่างหลังการชน เพราะถ้าไม่เป็นไปตามนั้น แสดงว่ามีความผิดพลาดในทฤษฎีควอนตัม นักวิทยาศาสตร์ต้องกลับไปขบคิดกันใหม่
(ซ้าย) ภายในเครื่องเร่งอนุภาค "แอลเอชซี" เป็นขดลวดเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กขนาดยักษ์ให้โปรตอน 2 ตัววิ่งชนกันด้วยความเร็วเกือบเท่าความเร็วแสง (ขวา) สถานี ALICE ทำหน้าที่ตรวจวัดสถานะที่เกิดขึ้นหลังบิ๊กแบง"แต่ตามทฤษฎีแล้วหลังจากการชน น่าจะทำให้นักวิทยาศาสตร์พบอะไรบางอย่าง"และหากสิ่งนั้นคือ สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่เคยค้นพบมาก่อน (อนุภาคฮิกก์ส) ก็เท่ากับว่า เราได้ค้นพบแล้ว ซึ่งต้นกำเนิดแห่งมวลในจักรวาล สิ่งที่ทำให้เราเป็นเราทุกวันนี้แต่สิ่งที่ผู้คนกังวล จากการทดลองครั้งประวัติศาสตร์ของ "เซิร์น" ครั้งนี้ คือ การเดินเครื่องเร่งอนุภาค ให้เกิดการชนกันของลำอนุภาคโปรตอน 2 ตัว นอกจากจะทำให้ค้นพบอนุภาคฮิกก์สนี้แล้ว จะก่อให้เกิดสิ่งอื่นหรือใหม่ เป็นต้นว่า "หลุมดำ" ที่จะกลืนโลกทั้งโลก!!"เป็นไปได้ว่าจะเกิดหลุมดำ" อาจารย์จากรั้วจามจุรีให้คำตอบ "แต่ก็คงเป็นหลุมดำขนาดเล็กๆ เกิดมาเพียงแวบเดียวก็หายไปแล้ว ไม่น่าจะสามารถดูดกลืนโลกได้ เพราะในธรรมชาตินั้นก็เกิดหลุมดำขนาดเล็กๆ เป็นปกติ พวกรังสีพลังงานสูงๆ จากนอกโลกก็ทำให้เกิดหลุมดำได้ เกิดแล้วก็หายไป ส่วนหลุมดำขนาดใหญ่ที่เกิดในอวกาศ เกิดจากการระเบิดของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ ซึ่งก็ไม่ได้อันตราย หากไม่เข้าไปใกล้" เป็นข้อคิดเห็นของอาจารย์อรรถกฤตขณะที่อีกคน "ดร.พิเชษฐ์ กิจธารา" จากภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล เปิดฉากเรื่องของปฏิบัติการวันที่ 10 กันยายน 2551 ว่า เป็นความร่วมมือของนักวิทยาศาสตร์หลายพันคนในเกือบร้อยประเทศ เป้าหมายของโครงการนี้ก็เพื่อทดสอบและยืนยันทฤษฎีที่เรามีอยู่ในปัจจุบันเกี่ยวกับอนุภาคมูลฐาน และค้นหาหลักฐานต่างๆ ที่จะเป็น "กุญแจ" สร้างทฤษฎีใหม่เพื่อไขความลับของจักรวาล "หลักการ คือใช้ธรรมเนียมปฏิบัติของนักฟิสิกส์ที่มีมากว่าหลายสิบปี นั่นคือ เมื่อนักฟิสิกส์อยากรู้ว่าภายในวัตถุหรืออะตอมมีองค์ประกอบมูลฐานอะไรบ้าง ก็จับมันมาชนกันหรือยิงอะไรสักอย่างเข้าใส่มัน เพื่อให้เกิดการแตกตัวหรืออาจจะรวมตัวเกิดเป็นอนุภาคใหม่ๆ ตัวอย่างเช่น รัทเทอร์ฟอร์ดยิงอนุภาคแอลฟาเข้าไปในแผ่นทองคำบางๆ ทำให้รู้ว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสขนาดเล็กตรงกลาง และอิเล็กตรอนโคจรอยู่รอบนอก การทดลองที่เซิร์นก็ใช้หลักการเดียวกัน มีการเร่งอนุภาคให้ชนกันแล้วดูว่าเกิดอะไรขึ้นบ้าง และมีการพัฒนาและปรับปรุงให้ระดับพลังงานของการชนสูงขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งได้เครื่อง LHC ในปัจจุบัน"ดร.พิเชษฐ์บอกว่า ปัจจุบันเรารู้ว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอน ภายในนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ภายในโปรตอน (และนิวตรอน) ประกอบด้วยอนุภาคที่เรียกว่า ควาร์ก (quark) จำนวน 3 ตัว เราเรียกอนุภาคที่ประกอบด้วยควาร์กว่าเป็น "อนุภาคประเภท Hadron" อนุภาคที่จะใช้ชนในเครื่อง LHC ทั้งหมดเป็น Hadron จึงเป็นที่มาของชื่อเครื่องนี้
1.อาคารทรงกลม (ทางซ้ายด้านบท) คืออาคารที่ตั้งของการทดลองเซิร์นอยู่ท่ามกลางชนบท 2.นักวิจารณ์ว่า แอลเอสซีจะทำให้เกิดหลุมดำ ซึ่งจะขยายออกจนกลืนกินโลกใบนี้ 3.ภาพบิ๊กแบงในจินตนาการของศิลปิน เชื่อว่าเกิดขึ้นกับจักรวาลเมื่อ 15 ล้านล้านปีก่อนในขั้นแรกนี้จะใช้โปรตอนในการชน"อนุภาคโปรตอนทั้งหมดในการทดลองแต่ละครั้งรวมกันได้ประมาณเท่าเม็ดทรายเม็ดเล็กๆ แต่มีความเร็วสูงมากใกล้ความเร็วแสงและมีพลังงานเทียบเท่ารถไฟ 1 ขบวน สภาวะพลังงานสูงของอนุภาคที่กำลังชนกันดังกล่าวใกล้เคียงกับสภาวะตอนกำเนิดจักรวาล หรือ Big Bang สิ่งที่เราจะได้จากการทดลองนี้ คือการทดสอบทฤษฎีและการค้นหาหลักฐานเพื่อนำไปสู่ทฤษฎีใหม่ที่สมบูรณ์มากขึ้น"ด๊อกเตอร์จากมหิดล ยกตัวอย่างการค้นหาว่ามวลคืออะไร? มาจากไหน? "มวล" ในภาษาชาวบ้านก็คือเนื้อสสาร ซึ่งต่างจากน้ำหนักที่เกิดจากแรงดึงดูดของโลก เมื่อเราออกไปอยู่นอกโลกเราก็สามารถอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักได้ แต่ยังมีมวลอยู่ นักฟิสิกส์คิดกันว่ากลไกที่ทำให้เกิดมวลคือ กลไกของฮิกก์ส (Higgs Mechanism) แต่ที่ผ่านมาเราไม่สามารถทดสอบและยืนยันได้ เนื่องจากระดับพลังงานไม่สูงพอ แต่วันนี้ LHC มีพลังงานที่น่าจะสูงพอสำหรับทดสอบกลไกของฮิกก์ส และค้นหาอนุภาคที่ชื่อว่า Higgs Boson"ในทางทฤษฎีเราเชื่อกันว่ามีแม่เหล็กขั้วเดี่ยว แต่เราไม่เคยพบในธรรมชาติ แม่เหล็กปกตินั้นจะมีสองขั้ว คือเหนือและใต้ หากนำมาหักเป็นสองท่อน แต่ละท่อนก็จะกลายเป็นแท่งแม่เหล็กเหนือใต้เหมือนเดิม เพียงแต่ขนาดเล็กลง ไม่ได้กลายเป็นขั้วเหนือและใต้เดี่ยวๆ แยกจากกัน ไม่ว่าจะหักเป็นท่อนเล็กๆ สักกี่ครั้งก็ตาม ซึ่งต่างกับกรณีของประจุไฟฟ้าที่เราพบประจุบวกและลบแยกเป็นอิสระจากกันได้ นักฟิสิกส์หลายคนหวังว่า ในระดับพลังงานที่สูงมากๆ ของ LHC เราอาจจะสร้างแม่เหล็กขั้วเดี่ยวได้ ซึ่งสิ่งนี้จะช่วยคลี่คลายปริศนา"แล้วเรื่องของหลุมดำที่เกิดขึ้น?ด๊อกเตอร์ด้านฟิสิกส์จากมหิดลบอกว่าเรื่องนี้จริงๆ ไม่ใช่ประเด็นหลักของการทดลองในครั้งนี้ แต่มีหลายคนคิดไปว่าพลังงานของ LHC อาจจะสูงมากพอจนทำให้เกิดหลุมดำขนาดจิ๋วดูดกลืนโลกเข้าไป"ถ้ามันเกิดขึ้น เราคิดว่ามันสามารถวิ่งทะลุโลกได้โดยไม่ได้รับอันตราย อีกอย่างที่เราเชื่อถ้ามันเกิดขึ้นจริงมันควรจะหายไปในพริบตาไม่ส่งผลกระทบใดๆ ทั้งสิ้น สมมุติว่ามันเกิดขึ้นจริงแล้วมันหายไปมันจะให้ความรู้แก่เรามหาศาล เป็นบททดสอบทฤษฎีหลายอย่าง ทำให้เราเข้าในทฤษฎีฟิสิกส์ใหม่ๆ มากขึ้นได้อนุภาคใหม่ๆ ออกมา โดยที่เราไม่เคยเจอมาก่อน และเรื่องนี้ไม่เกี่ยวกับการจะทำให้เกิดน้ำท่วมโลกด้วย" ดร.พิเชษฐ์กล่าวพร้อมกับหัวเราะหลังจากวันนี้แล้วมาเฝ้าดูกันว่าโลกจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเกี่ยวกับ "เซิร์น""เซิร์น" (CERN) หรือ องค์กรความร่วมมือระหว่างประเทศในทวีปยุโรป เพื่อวิจัยและพัฒนาทางด้านนิวเคลียร์ (European Center for Nuclear Research) ก่อตั้งมากว่า 50 ปีแล้ว โดยได้ทดลองเร่งอนุภาคในระดับพลังงานต่างๆ ตั้งแต่ไม่กี่สิบกิกะอิเล็กตรอนโวลต์ (GeV) ไปจนถึงหลายร้อย GeV และมีการค้นพบอนุภาคมูลฐานบางตัว รวมถึงการให้กำเนิด "เวริล์ด ไวล์ด เว็บ (www)" เมื่อปี 2533 ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการแลกเปลี่ยนข้อมูลข่าวสารของคนทั้งโลกเมื่อ 19 ปีที่แล้ว องค์กรนี้ได้ตัดสินใจสร้าง "เครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี" ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ที่อยู่ในอุโมงค์ใต้เมืองเจนีวา สวิตเซอร์แลนด์ และชายแดนฝรั่งเศสลึกลงไป 100 เมตร ขดเป็นวงกลมระยะทาง 27 กิโลเมตร และมีแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด (Superconducting Magnet) ทำหน้าที่ควบคุมลำอนุภาคให้แบนจนเป็นเส้นรอบวง ทั้งนี้ เครื่องเร่งอนุภาคแรกของเซิร์นซึ่งขดเป็นวงกลมเช่นเดียวกันนั้นมีความยาวเพียง 7 กิโลเมตรภายในองค์กรวิจัยวิทยาศาสตร์แห่งยุโรปนี้ จ้างนักวิทยาศาสตร์หลากหลายเชื้อชาติทำงานวิจัย เฉพาะเจ้าที่โดยตรงมีถึง 2,500 คน ขณะที่มีนักวิทยาศาสตร์จากทั่วโลกอีกราว 8,000 คน ที่แวะเวียนมาทำงานวิจัยที่นี่ปัจจุบันเซิร์นมีสมาชิกจาก 20 ประเทศในยุโรป ซึ่งมีหน้าที่และได้รับสิทธิพิเศษ โดยประเทศเหล่านี้ต้องร่วมลงทุนในค่าใช้จ่ายสำหรับการดำเนินงานของเซิร์น และมีส่วนร่วมในการตัดสินใจเกี่ยวกับองค์กรและกิจกรรมต่างๆสำหรับประเทศไทยก็เกี่ยวข้องกับเซิร์นในฐานะที่เป็นประเทศกลุ่ม "ไม่ใช่สมาชิก" (non-Member States) ซึ่งมีอยู่หลายประเทศ อาทิ จีน เวียดนาม อิหร่าน เกาหลี ไต้หวัน เป็นต้น แม้ประเทศเหล่านี้ไม่ได้มีส่วนร่วมในการลงทุนหรือร่วมกำหนดทิศทางการวิจัย แต่ก็ได้ใช้ประโยชน์ทางการศึกษาวิจัยจากข้อมูลการทดลองของเซิร์นควอนตัมจักรวาลใหม่ให้ความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับกลไกผลิตพลังงานของดวงอาทิตย์ และดาวอื่นๆ ทำให้เรามองลึกลงไปถึงธรรมชาติของจักรวาล อ่านง่ายไม่ซับซ้อน นำสู่แนวคิดสำคัญๆ และยิ่งกว่านั้นแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของเรื่องพวกนี้ต่อชีวิตประจำวันของเรา, โทนี่ เฮย์ และแพ็ตทริก วอลเตอร์ส-เขียน ดร.พิเชษฐ กิจธารา แปล สำนักพิมพ์มติชน www.matichonbook.com โทร.0-2580-0021 ต่อ 3305, 3306