สัมภาษณ์ – ๔๘ ปีกับการตามหา “อนุภาคพระเจ้า” โจ อินแคนเดลา อัลเบิร์ต เดอ โรก หัวหน้าทีมนักวิทยาศาสตร์ที่ค้นพบ

ภาพร่องรอยของอนุภาคต่างๆ ที่เกิดขึ้นจากการชนกันของโปรตอนในเครื่องเร่งอนุภาค LHC ซึ่งตรวจวัดได้โดยเครื่องตรวจวัดอนุภาค CMS แท่งสีแดง ๒ แท่งแสดงถึงโฟตอนพลังงานสูง ๒ ตัว  ซึ่งอาจบ่งบอกถึงการมีอยู่ของอนุภาคฮิกส์หรืออนุภาคพระเจ้า ส่วนเส้นสีเหลืองคืออนุภาคอื่นๆ ที่เกิดขึ้นจากการชนกัน (ภาพ : CERN)

คุณอาจไม่เคยได้ยินข่าวนี้ คุณอาจไม่เคยรู้เรื่องนี้มาก่อน

“อนุภาคพระเจ้า” คืออะไร  นี่เป็นการค้นพบของอะไร  มันสำคัญกับชีวิตเราด้วยหรือ

น่าแปลกที่ข่าวการค้นพบอนุภาคพระเจ้า ซึ่งคาดว่าจะดังไปทั่วโลก กลับมีแต่หมู่นักวิทยาศาสตร์ตื่นเต้นยินดีกันอย่างเป็นบ้าเป็นหลัง หลายคนถึงกับร่ำไห้ดีใจกับการค้นพบครั้งนี้

บางคนบอกว่าเหตุการณ์นี้ยิ่งใหญ่เทียบเท่าการประกาศทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ที่พลิกโฉมหน้าความเข้าใจในเอกภพเมื่อ ๑๐๐ ปีก่อน หรือย้อนไปถึงเมื่อครั้งโคเปอร์นิคัสประกาศว่า โลกเราไม่ได้เป็นศูนย์กลางของจักรวาล แต่ดวงอาทิตย์ต่างหาก

ขณะที่นักวิทยาศาสตร์อัจฉริยะผู้โด่งดังอย่าง สตีเฟน ฮอว์คิง เสียพนันให้แก่การค้นพบนี้ ๑๐๐ ดอลลาร์ เพราะเขาพนันอยู่ข้างไม่มีอนุภาคพระเจ้า

ชื่อทางการของอนุภาคพระเจ้า คือ อนุภาคฮิกส์ (Higgs particle) หรือ ฮิกส์โบซอน (Higgs Boson)

ชื่อเรียกออกเสียงแปลกนี้มาจากชื่อของ ปีเตอร์ ฮิกส์ (Peter Higgs) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ผู้เสนอตั้งแต่เมื่อปี ๒๕๐๗ ว่ามีอนุภาคชนิดใหม่อยู่ในธรรมชาติ  แต่ตลอดเวลาเกือบ ๕๐ ปีที่ผ่านมา นักฟิสิกส์ซึ่งพยายามค้นหาอนุภาคฮิกส์ ยังไม่อาจคว้าตัวมันมาแสดงต่อสาธารณชนได้สำเร็จ

จนกระทั่งเมื่อวันที่ ๔ กรกฎาคม ๒๕๕๕ นักฟิสิกส์ขององค์กรวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป หรือ CERN ประกาศการค้นพบอนุภาคฮิกส์ โดยมี ปีเตอร์ ฮิกส์ ในวัย ๘๓ ปี ร่วมอยู่ในงานแถลงข่าวด้วย  เขากล่าวว่า

“ผมขอแสดงความยินดีกับทุกคนที่มีส่วนในความสำเร็จครั้งนี้  มันเหลือเชื่อจริงๆ ที่การค้นพบนี้เกิดขึ้นในขณะที่ผมยังมีชีวิตอยู่”

การค้นพบนี้ทำให้เป็นที่คาดหมายว่า ปีเตอร์ ฮิกส์ น่าจะได้รับรางวัลโนเบลอย่างไม่ต้องสงสัย

ทำไมการค้นหาอนุภาคฮิกส์จึงเป็นเรื่องยากและใช้เวลายาวนาน และเหตุใดถึงเป็นการค้นพบครั้งยิ่งใหญ่แห่งศตวรรษที่ ๒๑  และที่สำคัญ ฮิกส์คืออะไร

ติดตามเบื้องหลังการค้นพบกับนักวิทยาศาสตร์ระดับโลกสองท่าน ศาสตราจารย์โจ อินแคนเดลา และ อัลเบิร์ต เดอ โรก จากกลุ่มการทดลอง CMS ของเซิร์น ซึ่งเป็น ๑ ใน ๒ กลุ่มการทดลองที่ค้นพบอนุภาคฮิกส์

อัลเบิร์ต เดอ โรก

แล้ว “ฮิกส์” คืออะไร

ทำไมอนุภาคฮิกส์ถึงได้รับการเรียกว่า อนุภาคพระเจ้า
อัลเบิร์ต : ปีเตอร์ ฮิกส์ ทำนายว่าน่าจะมีอนุภาคใหม่ชนิดหนึ่งเมื่อปี ๒๕๐๗ หรือ ๔๘ ปีที่แล้ว  ตอนนั้นเขายังหนุ่ม อายุสัก ๓๐ กว่า  อนุภาคนี้ใช้อธิบายว่าทำไมอนุภาคมูลฐาน เช่น อิเล็กตรอน ควาร์ก ถึงมีมวลแตกต่างกันมาก

ต้องเข้าใจก่อนว่าอะไรคือมวล  อธิบายอย่างง่าย ๆ มวลคือสมบัติที่ต้านทานต่อการเคลื่อนที่หรือความเร็ว  อนุภาคมวลมากเคลื่อนที่ได้ช้ากว่าอนุภาคมวลน้อย  โดยเฉพาะอนุภาคที่ไม่มีมวลจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงสุดคือความเร็วแสง(ความเร็วแสงประมาณ ๑,๐๘๐ ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง)  ถ้าอนุภาคอย่างอิเล็กตรอนหรือควาร์กไม่มีมวล มันจะวิ่งด้วยความเร็วแสงตลอดเวลา และไม่มีวันจับตัวกันขึ้นเป็นอะตอม และไม่มีพวกเราที่นั่งคุยกันอยู่ตรงนี้ เพราะเอกภพนี้จะไม่มีวันเกิดขึ้น  เพราะฉะนั้นต้องมีกลไกบางอย่างซึ่งทำให้อนุภาคมูลฐานมีมวล  กลไกนี้จึงเทียบได้กับพระเจ้า เพราะมันให้มวลแก่อนุภาคและเกิดสรรพสิ่งขึ้นแทนที่ในเอกภพจะมีแต่อนุภาคมูลฐานวิ่งไปวิ่งมาด้วยความเร็วแสง

โจ : สิ่งที่ทำให้อนุภาคนี้พิเศษและสำคัญมาก คือมันไม่เหมือนอนุภาคมูลฐานตัวใดเลยที่เราเคยค้นพบมาก่อน  ถึงขณะนี้เราพบอนุภาคที่เป็นองค์ประกอบของสสารต่าง ๆ ๑๒ ชนิด และอนุภาคที่เป็นสื่อของแรงระหว่างอนุภาคอีก ๔ ชนิด  หลังจากการศึกษามากว่า ๑๐๐ ปี เรามีแบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) ของอนุภาคมูลฐานที่เรียบง่าย ใช้อธิบายโครงสร้างของอนุภาคที่ประกอบกันขึ้นเป็นเอกภพของเรา ซึ่งเป็นความก้าวหน้าที่น่ามหัศจรรย์มาก  แต่เราก็ไม่สามารถอธิบายว่าอนุภาคมูลฐานมีมวลได้อย่างไร  ทำไมอนุภาคที่เป็นสื่อของแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน อย่าง W หรือ Z โบซอน (Boson) ถึงมีมวลมหึมา  ขณะที่อนุภาคที่เป็นสื่อของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างโฟตอน (Photon)กลับไม่มีมวลเลย  ทำไมอนุภาคมูลฐานถึงมีมวลแตกต่างกันมากนัก  นี่เป็นคำถามที่ลึกซึ้งมาก

และนี่คือที่มาของอนุภาคฮิกส์  อนุภาคฮิกส์ไม่เหมือนอนุภาคใด มันไม่ได้เป็นส่วนประกอบของอนุภาคหรือสสารอื่นและไม่ได้เป็นสื่อของแรงระหว่างอนุภาค  แต่มันช่วยอธิบายว่าทำไมเอกภพถึงเป็นเช่นนี้ คุณอาจเรียกมันว่ากุญแจไขจักรวาลก็ได้

โจ อินแคนเดลา กับนักเรียนนักศึกษาชาวไทยที่เข้าร่วมฟังการบรรยายเมื่อวันที่ ๑๔ กรกฎาคม ๒๕๕๕ ที่จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

 

แบบจำลองมาตรฐาน

ช่วยอธิบายเรื่องแบบจำลองมาตรฐาน
อัลเบิร์ต : แบบจำลองมาตรฐานของอนุภาคเปรียบเสมือนดีเอ็นเอของสรรพสิ่งซึ่งประกอบขึ้นเป็นเราและเอกภพ  ในแบบจำลองมาตรฐาน เรามีอนุภาคมูลฐานที่เป็นองค์ประกอบของสสาร คือ ควาร์ก และเลปตอน (Lepton)  ควาร์กมี ๖ ชนิด เลปตอนมี ๖ ชนิด รวมเป็น ๑๒ ชนิด เช่นยูควาร์กและดีควาร์ก ประกอบขึ้นเป็นโปรตอนและนิวตรอน ซึ่งประกอบกันขึ้นเป็นนิวเคลียสของอะตอม  ส่วนเลปตอนชนิดหนึ่งที่รู้จักกันดีคือ อิเล็กตรอน ซึ่งวิ่งรอบนิวเคลียสของอะตอม

อนุภาคที่เป็นสื่อของแรงพื้นฐานในธรรมชาติมี ๔ ชนิด คือกลูออน (Gluon) เป็นสื่อของแรงนิวเคลียร์อย่างเข้มซึ่งยึดเหนี่ยวควาร์กให้เกิดเป็นโปรตอนและนิวตรอน  โฟตอนเป็นสื่อของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทำให้อิเล็กตรอนวิ่งรอบนิวเคลียส และมี W และ Z โบซอนเป็นสื่อของแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนซึ่งเกี่ยวข้องกับการเกิดกัมมันตภาพรังสี

และสิ่งที่อยู่เบื้องหลังอนุภาคเหล่านี้ เราคาดว่ามีอนุภาคฮิกส์ ซึ่งที่ผ่านมาเรายังค้นหาไม่พบ ขณะที่อนุภาคอื่น ๆ เราพบหมดแล้ว

แล้วอนุภาคฮิกส์ให้มวลแก่อนุภาคอื่นได้อย่างไร
อัลเบิร์ต : ความจริงกลไกที่ให้มวลแก่อนุภาค คือสนามเรียกว่าสนามฮิกส์ (Higgs Field) อาจเปรียบเหมือนการเดินบนทรายกับการเดินบนถนน  ถ้าเดินบนทราย เราจะเดินได้ช้า แต่เดินบนถนนจะเดินได้เร็วกว่า นี่เหมือนกับสนามฮิกส์ซึ่งทำให้อนุภาคเคลื่อนที่ช้าลง นั่นคือมีมวล  หรือคุณอาจเปรียบสนามฮิกส์เป็นสระน้ำ  ถ้าเราเดินในน้ำ น้ำจะมีแรงต้าน ทำให้เราเคลื่อนที่ช้า นั่นคือเรามีมวลขึ้นมา  ถ้าเรามีรูปร่างเพรียวเคลื่อนที่ผ่านน้ำไปได้เร็ว แรงต้านน้อย คือมีมวลน้อย

คราวนี้ตามทฤษฎีควอนตัม ถ้าเรามีสนามก็จะมีอนุภาคที่สัมพันธ์กับสนาม  อนุภาคนี้เป็นสื่อของแรงจากสนามที่กระทำต่ออนุภาค เช่น สนามแม่เหล็กไฟฟ้ามีอนุภาคโฟตอนเป็นสื่อ สนามฮิกส์ก็มีอนุภาคฮิกส์

ความจริงเรื่องสนามชนิดใหม่ในเอกภพซึ่งใช้อธิบายกลไกการเกิดมวลของอนุภาค มีผู้เสนอหลายคน แต่ ปีเตอร์ ฮิกส์ เป็นคนแรกที่บอกว่าต้องหาอนุภาคชนิดใหม่ที่สัมพันธ์กับสนามนี้ เพื่อยืนยันว่ามีสนามนี้จริง  อนุภาคและสนามชนิดใหม่จึงได้รับการตั้งชื่อตามชื่อของ ปีเตอร์ ฮิกส์

[สนาม (Field)–ในทางฟิสิกส์หมายถึงบริเวณที่มีแรงกระทำต่อวัตถุ  ขนาดของแรงขึ้นอยู่กับระยะทางระหว่างต้นกำเนิดสนามกับวัตถุในสนาม  เรามองไม่เห็นสนาม เห็นแต่ผลจากแรงของสนามที่กระทำต่อวัตถุ เช่น สนามแม่เหล็กสนามความโน้มถ่วง]  

[คำอธิบายสนามฮิกส์อีกแบบหนึ่ง เปรียบเป็นห้องที่มีคนอยู่  ถ้าดาราสักคนเดินเข้ามาในห้อง ดาราจะถูกคนในห้องเข้าไปรุมล้อม ทำให้ดาราเดินไปอีกมุมหนึ่งของห้องได้ช้า ดาราจึงมีมวลมาก  แต่เมื่อคนธรรมดาเข้ามาในห้อง ไม่มีใครสนใจเขามากนัก เขาสามารถเดินผ่านห้องไปได้อย่างรวดเร็ว เขาจึงมีมวลน้อย  อนุภาคฮิกส์ก็เหมือนคนในห้องที่ให้มวลแก่ดาราหรือคนธรรมดาแตกต่างกัน]

อนุภาคฮิกส์ให้มวลแก่ร่างกายเรา หรือมีอยู่ภายในตัวเราทุกคนหรือเปล่า
โจ : อนุภาคฮิกส์ไม่ใช่อนุภาคแบบที่เราจับต้องได้ เราไม่อาจเห็นฮิกส์เหมือนอนุภาคอื่น ๆ  ความจริงกลไกสำคัญคือสนามฮิกส์ซึ่งอยู่ลึกลงไปในสายใยของเอกภพ

สนามฮิกส์ไม่ได้ให้มวลแก่โปรตอนหรืออะตอมโดยตรง มันให้มวลแก่อนุภาคมูลฐานอย่างควาร์ก  แล้วควาร์ก ๓ ตัวรวมกันเป็นโปรตอน ๑ ตัว  แต่ควาร์ก ๓ ตัวมีมวลรวมกันน้อยกว่าโปรตอนมาก เพราะมวลของโปรตอนส่วนใหญ่เกิดจากพลังงานที่ยึดเหนี่ยวควาร์กไว้ด้วยกัน  เช่นเดียวกับอนุภาคอื่น ๆ ซึ่งไม่ใช่อนุภาคมูลฐาน มวลส่วนใหญ่มาจากพลังงานที่ยึดเหนี่ยวอนุภาคไว้ด้วยกัน  มวลที่ได้จากสนามฮิกส์จึงมีส่วนน้อยมากต่อมวลของสสารในเอกภพ

อนุภาคมูลฐานมีปฏิกิริยากับสนามฮิกส์ตลอดเวลา และทำให้มีมวลขึ้นมา  ในแง่หนึ่งจะบอกว่าตัวเรามีปฏิสัมพันธ์กับสนามฮิกส์หรืออนุภาคฮิกส์อยู่ตลอดเวลาก็ได้

แต่เราจะรู้ว่าสนามฮิกส์มีอยู่จริงก็ต่อเมื่อเราพบอนุภาคฮิกส์แล้วเท่านั้น

อัลเบิร์ต : คำถามสำคัญที่นักฟิสิกส์ค้นหาคำตอบมีอยู่ ๓ ข้อใหญ่ ๆ คือ หนึ่ง โลกประกอบขึ้นจากอะไร ซึ่งหมายถึงอนุภาคมูลฐานที่ประกอบเป็นสิ่งต่าง ๆ ในธรรมชาติ  สอง อะไรที่ยึดโยงอนุภาคเหล่านี้ให้อยู่ด้วยกัน หมายถึงแรงพื้นฐานที่อนุภาคเหล่านี้กระทำต่อกัน  และ สาม พวกเรามาจากไหน หมายถึง ณ จุดเริ่มต้นของเอกภพนั้นมีอะไรอยู่  หลังจากเกิดบิ๊กแบง(Big Bang ทฤษฎีที่บอกว่าเอกภพกำเนิดขึ้นจากการระเบิดครั้งใหญ่เมื่อราว ๑๓,๗๐๐ ล้านปีก่อน  ทุกวันนี้คาดว่า ณ จุดกำเนิดนั้นเอกภพเป็นเพียง “จุด”)ขึ้นแล้วเอกภพพัฒนามาเป็นอย่างที่ดำรงอยู่ทุกวันนี้ได้อย่างไร

อนุภาคฮิกส์อาจเป็นคำตอบของคำถามเหล่านี้

Pages: 1 2 3

About admin

ผู้ดูแล และลงข้อมูลประจำเวบไซต์ sarakadee.com