เซิร์น (CERN), LHC และ หลุมดำจิ๋ว (mini black hole)

ภาพรวมการทดลองโดยเครื่องเร่งอนุภาค LHC ที่เซิร์น

  เครื่องเร่งอนุภาค Large Hadron Collider หรือ LHC เป็นเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่และให้พลังงานสูงที่สุดที่มนุษย์เคยสร้างมา เป็นความร่วมมือของนักวิทยาศาสตร์หลายพันคนในเกือบร้อยประเทศ เป้าหมายของโครงการนี้ก็เพื่อทดสอบและยืนยันทฤษฏีที่เรามีอยู่ในปัจจุบันเกี่ยวกับอนุภาคมูลฐาน และค้นหาหลักฐานต่างๆที่จะเป็นกุญแจสร้างทฤษฏีใหม่เพื่อไขความลับของจักรวาล

หลักการ

     ใช้ธรรมเนียมปฏิบัติของนักฟิสิกส์ที่มีมากว่าหลายสิบปี นั่นคือ เมื่อนักฟิสิกส์อยากรู้ว่าภายในวัตถุหรืออะตอมมีองค์ประกอบมูลฐานอะไรบ้าง ก็จับมันมาชนกัน หรือยิงอะไรสักอย่างเข้าใส่มัน เพื่อให้เกิดการแตกตัวหรืออาจจะรวมตัวเกิดเป็นอนุภาคใหม่ๆ ตัวอย่างเช่น รัทเทอร์ฟอร์ดยิงอนุภาคแอลฟาเข้าไปในแผ่นทองคำบางๆ ทำให้รู้ว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสขนาดเล็กตรงกลางและอิเล็กตรอนโคจรอยู่รอบนอก การทดลองที่เซิร์นก็ใช้หลักการเดียวกัน มีการเร่งอนุภาคให้ชนกันแล้วดูว่าเกิดอะไรขึ้นบ้าง และมีการพัฒนาและปรับปรุงให้ระดับพลังงานของการชนสูงขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งได้เครื่อง LHC ในปัจจุบัน 
     
     
ปัจจุบันเรารู้ว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอน ภายในนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ภายในโปรตอน(และนิวตรอน)ประกอบด้วยอนุภาคที่เรียกว่า ควาร์ก (quark) จำนวน 3 ตัว    เราเรียกอนุภาคที่ประกอบด้วยควาร์กว่าเป็นอนุภาคประเภท Hadron      อนุภาคที่จะใช้ชนในเครื่อง LHC ทั้งหมดเป็น Hadron จึงเป็นที่มาของชื่อเครื่องนี้   

     ในขั้นแรกนี้จะใช้โปรตอนในการชน   อนุภาคโปรตอนทั้งหมดในการทดลองแต่ละครั้งรวมกันได้ประมาณเท่าเม็ดทรายเม็ดเล็กๆ แต่มีความเร็วสูงมากใกล้ความเร็วแสงและมีพลังงานเทียบเท่ารถไฟ 1 ขบวน     สภาวะพลังงานสูงของอนุภาคที่กำลังชนกันดังกล่าวใกล้เคียงกับสภาวะตอนกำเนิดจักรวาล หรือ Big Bang


                                


วิทยาศาสตร์จากเครื่อง LHC
       สิ่งที่เราจะได้จากการทดลองนี้คือการทดสอบทฤษฏีและการค้นหาหลักฐานเพื่อนำไปสู่ทฤษฏีใหม่ที่สมบูรณ์มากขึ้น ขอยกหัวข้อต่อไปนี้เป็นตัวอย่าง
-     การค้นหาว่ามวลคืออะไร มาจากไหน    มวลในภาษาชาวบ้านก็คือเนื้อสสาร ซึ่งต่างจากน้ำหนักที่เกิดจากแรงดึงดูดของโลก เมื่อเราออกไปอยู่นอกโลกเราก็สามารถอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักได้ แต่ยังมีมวลอยู่    นักฟิสิกส์คิดกันว่ากลไกที่ทำให้เกิดมวลคือกลไกของฮิกก์ Higgs Mechanism แต่ที่ผ่านมาเราไม่สามารถทดสอบและยืนยันได้เนื่องจากระดับพลังงานไม่สูงพอ     แต่วันนี้ LHC มีพลังงานที่น่าจะสูงพอสำหรับทดสอบกลไกของฮิกก์ และศ้นหาอนุภาคที่ชื่อว่า Higgs Boson

-     การค้นหาแม่เหล็กขั้วเดี่ยว (Magnetic Monopole)    ในทางทฤษฏีเราเชื่อกันว่ามีแม่เหล็กขั้วเดี่ยว แต่เราไม่เคยพบในธรรมชาติ     แม่เหล็กปกตินั้นจะมีสองขั้ว คือเหนือและใต้ หากนำมาหักเป็นสองท่อน แต่ท่อนก็จะกลายเป็นแท่งแม่เหล็กเหนือใต้เหมือนเดิม เพียงแต่ขนาดเล็กลง ไม่ได้กลายเป็นขั้วเหนือและใต้เดี่ยวๆแยกจากกัน ไม่ว่าจะหักเป็นท่อนเล็กๆสักกี่ครั้งก็ตาม     ซึ่งต่างกับกรณีของประจุไฟฟ้าที่เราพบประจุบวกและลบแยกเป็นอิสระจากกันได้      นักฟิสิกส์หลายคนหวังว่าในระดับพลังงานที่สูงมากของ LHC เราอาจจะสร้างแม่เหล็กขั้วเดี่ยวได้ ซึ่งจะช่วยคลี่คลายปริศนานี้ 

-     อื่นๆเช่น การค้นหาอนุภาคใหม่ๆ  การวัดมวลของควาร์กให้แม่นยำมากขึ้น การศึกษามิติเสริม (extra dimension)  การหาแนวทางรวมทฤษฏีควอนตัมและทฤษฏีสัมพัทธภาพเข้าด้วยกัน เป็นต้น

                                  


หลุมดำ

 เรื่องนี้จริงๆไม่ใช่ประเด็นหลักของการทดลองในครั้งนี้  แต่มีหลายคนคิดไปว่าพลังงานของ LHC อาจจะสูงมากพอจนทำให้เกิดหลุมดำขนาดจิ๋วดูดกลืนโลกเข้าไป     ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับเรื่องนี้มีดังต่อไปนี้

-     ทฤษฏีที่ได้รับการยอมรับและพิสูจน์แล้วในปัจจุบันนั้นเชื่อว่าระดับพลังงานของ LHC ไม่น่าจะสูงพอให้เกิดหลุมดำได้    แต่ก็มีทฤษฏีใหม่ๆที่ถูกเสนอขึ้นมาที่เชื่อว่ามีกลไกพิเศษบางอย่างที่อาจจะทำให้เกิดหลุมดำได้ เช่น บางทฤษฏีเสนอว่ามีมิติเสริม (นอกเหนือไปจาก 3 มิติของอวกาศ และ 1 มิติของเวลา) ที่สามารถช่วยให้หลุมดำเกิดขึ้นได้ง่ายขึ้น  อย่างไรก็ตาม ทฤษฏีใหม่ๆเหล่านี้ยังไม่ได้รับการพิสูจน์  (หากเกิดจริงก็จะเป็นการพิสูจน์ไปในตัว) 

-     หลุมดำจิ๋วนี้ต่างจากหลุมดำที่เราคุ้นเคย      หลุมดำที่เราคุ้นเคยและนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามีอยู่จริงคือหลุมดำขนาดใหญ่ในใจกลางกาแลกซี่ มีมวลมหาศาลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเรา      หากเรายุบดวงอาทิตย์ให้เล็กลงจนเหลือขนาดเท่ากำปั้น มันก็จะกลายเป็นหลุมดำที่ดูดทุกสิ่งทุกอย่างได้   ดังนั้น หากเริ่มต้นจากอนุภาคเล็ก หลุมดำจิ๋วที่อาจจะเกิดขึ้นก็ต้องมีขนาดเล็กมาก โดยขนาดเล็กสุดที่เกิดขึ้นได้คือ 10-35 เมตร (หนึ่งในล้านล้านล้านล้านล้านล้านเท่า ของ 1 เมตร) วัตถุต้องอยู่ในระยะประมาณ 10-35 เมตร จากใจกลางหลุมดำจิ๋ว จึงจะโดนดูดเข้าไป    ด้วยขนาดที่เล็กมากทำให้มันสามารถเคลื่อนที่ทะลุวัตถุต่างๆ (รวมถึงตัวเรา) โดยไม่ส่งผลใดๆ  และหากมันอยู่นิ่งกับที่ก็จะใช้เวลาหลายพันล้านปีกว่ามันจะเริ่มสะสมมวลจนมีขนาดใหญ่ขึ้นขนาดสามารถดูดโลกเข้าไปได้อย่างที่หลายคนกลัว

-    หลุมดำจิ๋วที่เกิดขึ้นไม่น่าจะเสถียรและควรหายไปภายในพริบตา (ต่างจากหลุมดำขนาดใหญ่ในใจกลางกาแลกซี่) กลไกที่ทำให้หลุมดำจิ๋วสลายตัวคือการแผ่รังสีของฮอร์กิ้ง (Hawking’s Radiation) ที่ปลดปล่อยพลังงานและอนุภาคออกมาหลุมดำ       หากเกิดหลุมดำขนาดจิ๋วจริงก็จะเป็นการพิสูจน์ทฤษฏีของฮอว์กิ้งไปในตัว และจะเป็นครั้งแรกที่เราจะได้ตรวจวัดอนุภาคที่แผ่ออกมาจากหลุมดำ

-     รังสีคอสมิก (cosmic ray) หรืออนุภาคพลังงานสูงจากอวกาศมีพลังงานสูงกว่า LHC มากและตกกระทบโลกอยู่ตลอดเวลา หากมีกลไกที่ทำให้เกิดหลุมดำจิ๋วจริง มันก็ควรเกิดอยู่ตลอดเวลาในชั้นบรรยากาศโลกเนื่องจากการชนของรังสีคอสมิก แสดงว่าหากมันเกิดขึ้นได้ มันก็ไม่เป็นอันตราย


สรุป หลุมดำอาจจะเกิดขึ้นได้และอันตรายถ้า...
   ถ้าที่ 1. ถ้ามีกลไกพิเศษนอกเหนือไปจากทฤษฏีที่ยอมรับกันในปัจจุบัน ทำให้มันเกิดได้ที่ระดับพลังงานของ LHC
   ถ้าที่ 2. ถ้าทฤษฏีของฮอว์กิ้งผิด หลุมดำจิ๋วเกิดแล้วไม่สลายตัวไป
   ถ้าที่ 3. ถ้ามีกลไกพิเศษที่ช่วยให้หลุมดำเกิดขึ้นในปริมาณมากๆ (ไม่ใช่แค่หลุมเดียว)
   ถ้าที่ 4. ถ้าหลุมดำที่เกิดขึ้นยังวนเวียนอยู่ในอาณาบริเวณของโลกของเราเป็นเวลานานๆ หลายพันล้านปี ไม่เคลื่อนที่ทะลุออกไปเสียก่อน

    แต่จากเหตุผลที่กล่าวไว้ข้างต้น นักฟิสิกส์เชื่อว่าอันตรายจากหลุมดำฝีมือมนุษย์นั้นไม่มี


เริ่มเดินเครื่อง LHC วันที่ 10 ก.ย. 51 นี้
http://www.vcharkarn.com/vnews/151574
http://www.vcharkarn.com/vnews/151578

ลิงค์ที่เกี่ยวข้อง
http://www.vcharkarn.com/varticle/123/
http://www.vcharkarn.com/vcafe/50643
http://www.vcharkarn.com/vblog/33601
http://www.vcharkarn.com/vcafe/49323
http://www.vcharkarn.com/vcafe/34049
http://www.vcharkarn.com/vnews/151568

http://en.wikipedia.org/wiki/Large_Hadron_Collider
http://en.wikipedia.org/wiki/Micro_black_hole
http://cerncourier.com/cws/article/cern/29199

tags :

บทความอื่นๆ

หลักการใช้ in, on, at ในภาษาอังกฤษอย่างไรไม่ให้พลาด

หลักการใช้ in, on, at ในภาษาอังกฤษอย่างไรไม่ให้พลาด new post

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน สัมพัทธภาพพิเศษ กับ มายาคติของ อดีต ปัจจุบัน และอนาคต

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน สัมพัทธภาพพิเศษ กับ มายาคติของ อดีต ปัจจุบัน และอนาคต

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน กาลอวกาศและขนมปังลูกเกด

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน กาลอวกาศและขนมปังลูกเกด

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน เวลาคือมิติที่สี่

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน เวลาคือมิติที่สี่

เที่ยวสนุกสไตล์ Sci trip on tour:  ฟอสซิลสัตว์ทะเลบนก้อนหินมาจากไหน และ อะไรคือน้องวัว?

เที่ยวสนุกสไตล์ Sci trip on tour: ฟอสซิลสัตว์ทะเลบนก้อนหินมาจากไหน และ อะไรคือน้องวัว?