The Large Hadron Collider (LHC) - ถอดรหัสของเอกภพ

The Large Hadron Collider (LHC) is the world's largest and highest-energy particle accelerator complex, intended to collide opposing beams of protons (one type of hadron) charged with high energy. Its main purpose is to explore the validity and limitations of the Standard Model, the current theoretical picture for particle physics. It is theorized that the collider will confirm the existence of the Higgs boson, the observation of which could confirm the predictions and missing links in the Standard Model, and could explain how other elementary particles acquire properties such as mass.

The LHC was built by the European Organization for Nuclear Research (CERN), and lies underneath the Franco-Swiss border near Geneva, Switzerland. It is funded by and built in collaboration with over eight thousand physicists from over eighty-five countries as well as hundreds of universities and laboratories. The LHC is already operational and is presently in the process of being prepared for collisions. The first beams were circulated through the collider on 10 September 2008, and the first high-energy collisions are planned to take place after the LHC is officially unveiled on 21 October.

Although a few individuals have questioned the safety of the planned experiments in the media and through the courts, the consensus in the scientific community is that there is no conceivable threat from the LHC particle collisions.



หากคุณขุดหลุมลึก 100 เมตรลงไปกลางหมู่บ้าน โกรเซแสนสวยในฝรั่งเศส คุณจะไปโผล่ในที่ที่ชวนให้นึกถึง รังลับใต้ดินของผู้ร้ายในหนังเจมส์ บอนด์ อุโมงค์ที่มีเส้นผ่าน ศูนย์กลางขนาดสามเมตรนี้โค้งตัวไปจนสุดสายตา ทุกสองสาม กิโลเมตรจะมีคูหาสูงลิบที่เต็มไปด้วยโครงเหล็ก สายเคเบิล แม่เหล็ก ท่อน้ำ สายไฟฟ้า ท่ออ่อน ปล่อง ทางเดิน และ เครื่องยนต์กลไกอันซับซ้อน เมืองลับแลทางเทคโนโลยีแห่งนี้คือเครื่องมือวิทยาศาสตร์ขนาดมหึมา พูดอย่างเจาะจง มันคือเครื่องเร่งอนุภาค หรือปืนยิงอะตอมอานุภาพแรงที่ สุดที่เคยมี 

ชื่อของเครื่องมือชนิดนี้คือ เครื่องเร่งอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่  หรือแอลเอชซี Large adron ollider: HC) โดยมีเป้าหมายง่ายๆ แต่ยิ่งใหญ่มาก นั่นคือการถอดรหัสของโลกเชิงกายภาพและไขปัญหาว่า เอกภพประกอบขึ้นด้วยอะไร หรือก็คือการเข้าถึงพื้นฐานความจริงของทุกสิ่ง อีกไม่กี่เดือนข้างหน้า ลำอนุภาคสองลำจะเริ่มพุ่งสวนกันภายในอุโมงค์ ใต้ดินรูปวงแหวนขนาดเส้นรอบวง 7 กิโลเมตรนี้ เส้นทางของอนุภาคจะ ถูกชักนำโดยแม่เหล็กทรงกระบอกเย็นจัดกว่าหนึ่งพันอันที่ต่อกันเป็นพวง มีอยู่สี่จุดที่ลำอนุภาคทั้งสองจะบรรจบและชนกันด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง ถ้าทุกอย่างลงตัว สสารจะกลายสภาพเนื่องจากการปะทะกันอย่างรุนแรง จนกลายเป็นกลุ่มพลังงานมหาศาล ซึ่งจะควบแน่นกลายเป็นอนุภาคแปลกๆ ต่อไป และบางชนิดอาจไม่เคยเห็นมาก่อน หัวใจของการทดลองฟิสิกส์ของ อนุภาคคือ การเอาสิ่งโน้นมาชนกับสิ่งนี้แล้วรอดูผลที่เกิดขึ้น ก็เท่านั้นเอง

ภายในอุโมงค์จะมีเครื่องมือต่างๆในการตรวจสอบเศษชิ้นส่วนที่กระเด็น ออกมาจากการปะทะ เครื่องมือชิ้นใหญ่ที่สุดคือแอตลาส ATLAS) ซึ่งสูง เท่ากับตึกเจ็ดชั้น ชิ้นที่หนักที่สุดคือซีเอ็มเอส Compact uon olenoid: CMS) ซึ่งหนักกว่าหอไอเฟล คำกล่าวที่ว่า ”ใหญ่กว่า ย่อมดีกว่าหากต้องการหาของที่เล็กลง„ อาจเหมาะสำหรับ องค์การวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป European rganiza- tion or uclear esearch) หรือที่รู้จักในชื่อย่อเก่า ว่าเซิร์น CERN) ห้องปฏิบัติการนานาชาติอันเป็นที่ตั้ง ของเครื่องแอลเอชซีที่ว่านี้ ขนาดเครื่องอาจฟังดูน่ากลัว แต่ว่าไปแล้วก็น่ากลัว จริงๆ การสร้างเครื่องแอลเอชซีในอุโมงค์ใต้ดินต้องทำ อย่างรอบคอบ เพราะลำอนุภาคอาจทะลุทะลวงได้ทุกสิ่ง แต่ยังดีที่เหยื่อน่าจะเป็นตัวมันเอง หายนะเล็กๆเคยเกิดขึ้น แล้วครั้งหนึ่ง เมื่อแม่เหล็กอันหนึ่งกระเด็นหลุดออกจาก โครงขณะทดสอบเมื่อเดือนมีนาคม ปี 007 ต่อมาจึงมี การดัดแปลงแม่เหล็กอีก 4 อันเพื่อแก้ไขข้อบกพร่อง

ผู้มีส่วนเกี่ยวข้องกับเครื่องแอลเอชซีดูจะไม่อยากพูดถึง ความผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นเท่าใดนัก อาจเป็นเพราะเห็น ผู้คนกลัวว่านักวิทยาศาสตร์สติเฟื่องจะบังเอิญสร้างหลุมดำ ขึ้นมากลืนกินโลกทั้งใบก็ได้แต่ความกลัวที่ดูจะมีเหตุผลมากกว่าก็คือ เครื่อง แอลเอชซีอาจไม่เจอสิ่งที่นักฟิสิกส์ยืนยันว่ามีอยู่แน่ๆ ณ เบื้องลึกแห่งความเป็นจริง เครื่องมือยิ่งใหญ่เพียงนี้ก็ย่อม ต้องการผลงานที่ยิ่งใหญ่และคำตอบยิ่งใหญ่พอจะเป็น ข่าวพาดหัวพร้อมกับสร้างอนุภาคที่น่าสนใจได้ แต่แม้จะ ใหญ่เพียงไร มันก็ยังตอบคำถามสำคัญทั้งหมดเกี่ยวกับ สสารและพลังงานไม่ได้ ไม่มีทางเป็นไปได้เลยด้วย เพราะ ความจริงพื้นฐานที่เราได้จากหนึ่งศตวรรษของวิชาฟิสิกส์ อนุภาคคือ ความเป็นจริงจะไม่คายความลับออกมาง่ายๆ หรือจะพูดว่าเอกภพยังคงเป็นปริศนาที่ยากจะไขก็ได้

Large Hadron Collider (LHC)

Large Hadron Collider (LHC) เป็นเครื่องเร่งความเร็วอนุภาค ของศูนย์วิจัย CERN ในสวิตเซอร์แลนด์ มีลักษณะเป็นท่อใต้ดินวนเป็นวงกลมยาว 27 กิโลเมตร เป้าหมายของ LHC คือใช้ทดลองเร่งความเร็วอนุภาคแล้วเอามาวิ่งชนกัน เพื่อตรวจสอบทฤษฎีทางฟิสิกส์อนุภาคว่าเป็นไปได้จริงหรือไม่ โดยเฉพาะ Higgs Boson ซึ่งถ้าสร้างขึ้นมาได้จริงตามทฤษฎี วงการฟิสิกส์จะก้าวหน้าขึ้นไปอีกมาก LHC ตอนนี้กำลังสร้างอยู่และมีกำหนดเปิดใช้งานเดือนพฤษภาคมนี้

อย่างไรก็ตาม มีกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่คาใจเรื่องความปลอดภัยของ LHC ในหลายประเด็น เช่นว่า การใช้งาน LHC อาจก่อให้เกิดแบล็คโฮลขนาดเล็กขึ้นมาทำลายล้างโลก หรือเปลี่ยนขั้วแม่เหล็กโลกให้เหลือข้างเดียวได้ ล่าสุดได้มีคนยื่นฟ้องต่อศาลสหรัฐ ให้กระทรวงพลังงานสหรัฐและห้องทดลอง Fermilab ซึ่งเป็นภาคีสมาชิกของ LHC ชะลอการใช้งานไปอีก 4 เดือนเพื่อตรวจสอบความปลอดภัย ซึ่งทางฝ่ายสนับสนุน LHC เองก็ออกมาโต้แย้งว่าไม่มีหลักฐานใดๆ ว่าจะเกิดอันตรายขึ้นแต่อย่างใด ส่วนศาลจะรับฟ้องหรือไม่นั้นอยู่ระหว่างกระบวนการด้านเอกสาร

LHC

ทำไมต้อง LHC
LHC ถูกสร้างขึ้นเพื่อช่วยนักวิทยาศาสตร์หากุญแจที่เป็นคำตอบของปริศนาที่ไขไม่ได้ในฟิสิกส์อนุภาค ซึ่งไม่เคยมีตัวอย่างของพลังงานที่จะไปเคยถึงจุดนี้มาก่อนซึ่งอาจเผยผลที่คาดไม่ถึงที่หลายคนไม่เคยคาดคิด

ในอดีตที่ผ่านมานักฟิสิกส์สามารถอธิบายปรากฏการณ์อนุภาคฟิสิกส์ที่สร้างจักรวาลขึ้นมาและปฏิกิริยาที่มีต่อกัน ความรู้ในการอธิบายนั้นมาจาก โมเดลมาตรฐาน ในฟิสิกส์อนุภาค แต่ก็ยังมีช่องว่างที่ไม่สามารถบอกถึงเรื่องราวที่เกิดขึ้นทั้งหมดได้ เพื่อเติมเต็มความรู้ที่หายไป เราต้องการข้อมูลการทดลอง ซึ่งเป็นก้าวที่ยิ่งใหญ่ต่อไปของ LHC

LHC ที่สร้างขึ้นจะมาตอบคำถามต่อไปนี้
งานของนิวตันยังไม่จบ
มวลคืออะไร ?
อะไรคือต้นกำเนิดของมวล ทำไมอนุภาคเล็ก ๆ ถึงมีมวลและบางอนุภาคกลับไม่มี ณ ปัจจุบันเรายังไม่มีคำตอบในคำถามนี้ แต่คำอธิบายที่สมเหตุสมผลที่สุดในตอนนี้คือทฤษฎี Higgs boson และเป็นอนุภาคที่เป็นกุญแจสำคัญในเรื่องโมเดลมาตรฐานซึ่งยังไม่เคยพบมาก่อน

การทดลองเพื่อหา Higgs boson นี้จะใช้สถานีตรวจจับ ATLAS และ CMS ในการค้าหาอนุภาคที่กล่าวถึงนี้ (สถานีตรวจจับจะกล่าวถึงรวมกันว่ามีอะไรบ้าง)

ปัญหาที่มองไม่เห็น
96% ของจักรวาลสร้างจากอะไร
ทุกอย่างที่เราเห็นในจักรวาล จากมดถึงกาแล็กซี่ สร้างจากอนุภาคทั่วไป ซึ่งถูกเรียกทั่วไปว่าสสาร และพบว่ามีอยู่ 4% ในจักรวาล ที่เหลือคืออะไร? สสารมืดและพลังงานมืด ถูกเชื่อว่าเป็นส่วนที่เหลือในจักรวาล แต่มีความยากลำมากในการตรวจจับและศึกษา นอกจากจะค้นพบแรงดึงดูดที่สสารมืดและพลังงานมืดปล่อยออกมา การศึกษาธรรมชาติของสสารมืดและพลังงานมืดเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในปัจจุบันในสายฟิสิกส์อนุภาคและอวกาศวิทยา

สถานีตรวจจับ ATLAS และ CMS จะรับหน้าที่ในการมองหาอนุภาค supersymmetricเพื่อทดสอบทฤษฎีในการเกิดขึ้นของสสารมืด

ธรรมชาติของธรรมชาติ
ไม่มีปฏิสสารบนโลกนี้หรอ?
เราอยู่บนโลกของสสาร ทุกอย่างในจักรวาลรวมถึงตัวเราเองถูกสร้างจากสสาร ปฏิสสาร เป้นเหมือนคู่ฝาแฝดของสสาร แต่มีขั้วไฟฟ้าอยู่ทางตรงกันข้าม ณ เวลาจักรวาลกำเนิดขึ้นควรจะปริมาณของสสารและปฏิสสารอยู่เท่า ๆ กันหลังจากการเกิดบิ๊กแบง แต่เมื่อสสารและปฏิสสารเจอกัน มันจะทำลายซึ่งกันและกัน แล้วเปลี่ยนเป็นพลังงาน อย่างไรก็ตาม สสารบางส่วนหลงเหลือมาเป็นจักรวลาที่เราอยู่ทุกวันนี้ และแทบจะไม่มีปฏิสสารที่ให้ค้นเจออยู่ ทำไมธรรมชาติจึงมีความโน้มเอียงในการเลือกสสารมากว่าปฏิสสาร

สถานีตรวจจับ LHCb จะมองหาความแตกต่างระหว่างสสารและปฏิสสาร เพื่อตอบคำถามนี้ การทดลองครั้งก่อนสามารถสังเกตพฤติกรรมที่แตกต่างเล็กน้อยได้ แต่อะไรที่มองเห็นนั้นไม่เพียงพอที่จะเทียบเท่ากับความไม่เสมอภาคของสสารและปฏิสสารในจักรวาลได้

ความลับของบิ๊กแบง
สสารเป็นเหมือนอะไรในเสี้ยววินาทีหลังเกิดบิ๊กแบง
ทุกสิ่งในจักรวาลสร้างขึ้นจากสสาร และเชื่อว่าเกิดอนุภาคพื้นฐานหลายตัวที่มีความเข้มข้นและมีความร้อนสูงมาก ปัจจุบันนี้สสารทั่วไปในจักรวาลสร้างจากอะตอมซึ่งมีนิวเคลียสที่ประกอบด้วยโปรตรอนกับนิวตรอน ซึ่งทั้งสองอนุภาคนั้นเกิดจากการที่ quarks จับตัวกันโดยอนุภาคอีกตัวหนึ่งที่ชื่อว่า gluons พันธะนี้แข็งแรงมาก แต่ในช่วงเวลาก่อนที่จักรวาลจะถือกำเนิดนั้น สภาพแวดล้อมจะมีความร้อนสูงและพลังงานที่สูงเกินไปที่ gluons จะจับ quarks ไว้ได้ อย่างไรก็ตาม ดูเหมือนว่าช่วงเวลาเสี้ยววินาทีหลังการเกิดบิ๊กแบงของจักรวาล จะเกิดการผสมของ quarks และ gluons ที่มีความร้อนสูงและเข้มข้น เรียกว่า quark–gluon plasma

สถานีตรวจจับ ALICE จะถูกใช่้ในการสร้างสภาพแวดล้อมที่คล้ายกับชั่วเสี้ยววินาทีหลังเกิดบิ๊กแบง เพื่อทำการวิเคราะห์ถึงคุณสมบัติ quark–gluon plasma

โลกที่ซ้อนอยู่
มีมิติอื่นหรือโลกคู่ขนานหรือไม่
อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) แสดงให้เห็นว่ามิติ 3 มิตินั้นมีความเกี่ยวข้องกับเวลา แต่มีทฤษฎีที่ตามมาที่หลังนำเสนอเรื่อง มิติที่ซ่อนอยู่ ของจักรวาลนั้นน่ามีอยู่จริง เช่น ทฤษฎี String ที่บอกเป็นนัยถึงการมีมิติของอวกาศอื่นที่ยังไม่เคยถูกพบ ซึ่งผลจากสถานีตรวจจับจะวิเคราะห์อย่างระมัดระวังเพื่อมองหาสัญญาณของมิติอื่น

การชนของอะตอมที่ CERN : ข้อเท็จจริง
นี้คือภาพย่อ ๆ ของเครื่องชนอะตอมที่ใหญ่ที่สุดในโลก

LHC จะเร่งโปรตอนของไฮโดรเจนหรือไอออนตัวนำให้มีความเร็ว 99.9999% ของความเร็วแสง การทดลองจะมีขึ้นภายในอุโมงค์วงแหวนขนาด 27 กิโลเมตรลึกลงไปใต้ดิน 175 เมตร โดยอุโมงค์อยู่ระหว่างฝรั่งเศษและสวิตส์เซอร์แลนด์

ลำอนุภาคจะวิ่งในทิศทางสวนกัน ด้วยเครื่องเหนี่ยวนำแม่เหล็กยิ่งยวด ที่จะบีบ ให้ลำอนุภาคที่เป็นคลื่นเข้าไปชนกันในห้องขนาดใหญ่ 4 ห้อง การชนดังกล่าวจะก่อให้เกิดความร้อนที่สูงขึ้น 100,000 เท่าของดวงอาทิตย์ เพื่อเป็นการจำลองสภาวะหลังบิ๊กแบงเมื่อ 13.7 พันล้านปีก่อน

ห้องที่จะเกิดการชนเป็นตัวจับที่จะสร้างภาพ 3 มิติของอนุภาคที่มีระดับต่ำกว่าอะตอม ที่แตกออกมาจากโปรตอนที่แตกตัว ร่องรอยดังกล่าวจะถูกวิเคราะห์อย่างละเอียดเพื่อดูการเคลื่อนที่ คุณสมบัติของอนุภาคใหม่ ๆ ที่สามารถทำให้เข้าใจในสสารได้

*ในเกียร์สูงสุด LHC จะสร้างการชนพันล้านครั้งต่อวินาที เหนือพื้นดินขึ้นไปจะมีฟาร์มคอมพิวเตอร์ 3,000 เครื่องคอยเก็บข้อมูล ที่มากที่สุดในโลก และจะย่อยจำนวนข้อมุลที่ต้องเก็บลงเป็น 100 การชนที่สนใจ ข้อมูลนี้จะส่งไปคอมพิวเตอร์ กริดของสถาบันและมหาวิทยาลัยทั่วโลกเพื่อวิเคราะห์ ซึ่งเป็น www ขนาดเล็ก ด้วยตัวมันเอง

*อุโมงค์ เป็นห้องแช่แข็งที่ใหญ่ที่สุดในโลก แม่เหล็กไฟฟ้ายิ่งยวด จะสร้างความเย็นที่อุณหภูมิต่ำถึง -271 องศาเซลเซียส ซึ่งเย็นกว่าส่วนที่ลึกที่สุดในอวกาศ ซึ่งทำให้ทุกอย่างเกิดความต้านทาน

*ห้องที่เกิดการชนมีระดับที่ใหญ่มาก ห้องที่ใหญ่ที่สุดเรียกว่า ATLAS ยาว 46 เมตร และสูง 25 เมตร มีน้ำหนัก 7,000 ตัน มีสายเคเบิลยาวรวม 3 ,000 กิโลเมตร ใช้หิน 300,000 ตันและปูนอีก 50,000 ตันในการก่อสร้างห้องที่ครอบ ATLAS ไว้ ATLAS จะสร้างข้อมูลดิบ 3,200 เทราไบต์

*ในการทดลอง 10 ชั่วโมงที่มีขึ้น ลำอนุภาคจะเดินทางมากกว่า 10 พันล้านกิโลเมตร มากพอที่จะไปดาวเนปจูนแล้วกลับมา ที่ความเข้มอนุภาคเต็มกำลัง แต่ละลำอนุภาคจะมีพลังงานเท่ากับรถที่เดินทาง 1,600 กิโลเมตรต่อชั่วโมง LHC จะใช้ไฟ 120 Mwatts เท่ากับไฟฟ้าทั้งหมดที่ใช้ในเจนีวา

*การชนใน LHC จะสร้างพลังงาน 14 TeV เป็นพลังงานความเข้มข้นสูงแต่มีระดับที่เล็กมากในความจริง ซึ่ง 1 TeV เท่ากับพลังงานที่ยุงใช้บิน ซึ่งไม่มีความเสี่ยงใด ๆ

*LHC ใช้เงินในการสร้าง 5.46 พันล้านดอลลาห์สหรัฐ


จุดต่อไป: มิติที่ 4 โดยการทดลองของ LHC

อีก 50 ประเทศได้มีส่วนร่วมกับโครงการนี้ อิสราเอลเป็นชาติหนึ่งที่มีส่วนร่วมมาก โดยมหาวิทยาลัยเทล อาวิฟทำหน้าที่สร้างชิ้นส่วนที่สำคัญ คือการก่อสร้างอุโมงค์ของลำอนุภาค ซึ่งอยุ่ใต้ดินลงไป และจะเริ่มเดินเครื่องในเดือนนี้ ซึ่งจะทำให้วิทยาศาสตร์จะมีการเปลี่ยนแปลงครั้งยิ่งใหญ่ตลอดกาล

เข้าถึงใจกลางของสสาร
ถ้าทุกอย่างเป็นไปตามแผนการ เครื่องเหนี่ยวนำแม่เหล็กยิ่งยวด ใน collider จะยิงอนุภาคเข้าไปในอุโมงค์ขนาด 17 ไมล์ ให้เดินทางด้วยความเร็วแสง หลังจากนั้นนักวิจัยจะทำการให้อนุภาคชนกัน ซึ่งเป็นการทำการจำลองเสี้ยววินาทีหลังจากการเกิด บิ๊กแบงครั้งแรก ว่าเกิดอะไรขึ้น

Prof. Erez มีส่วนร่วมในการออกแบบและสร้างห้องกระตุ้นสำหรับ ATLAS ซึ่งเป็น 1 ใน 2 เครื่องตรวจจับใน collider และเป็นชิ้นส่วนสำคัญที่ทำให้เครื่องจักรตัดสินใจได้ว่า ข้อมูลไหนจะถูกบันทึกไว้และข้อมูลไหนจะถูกทิ้งไป ซึ่งเป็นข้อมูลที่เกิดจากการชนระดับอะตอม 1 พันล้านครั้งต่อวินาที ไม่มีตัวเก็บข้อมูลไหนในจักรวาลที่จะเก็บข้อมูลปริมาณมหาศาลแบบนี้ เมื่อบรรจุข้อมูลลงไปทั้งหมด

ขอให้ “Z*” จงสถิตย์กับคุณ
Prof. Erez จะติดตามอย่างใกล้ชิดว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อลำอนุภาคโปรตอนเกิดการชนในความรวดยิ่งยวด ในขณะที่อนุภาคที่มองไม่เห็นต่าง ๆ จะออกมาแล้วทิ้งร่องรอยเหมือนลายน้ำเอาไว้ตามที่คาดหลังจากการชน นักวิจัยเชื่อว่าอนุภาคบางตัวจะหนีไปจากการตรวจจับ โดยเข้าสู่มิติอื่น

นี่เป็นทฤษฏีที่ผิดธรรมชาติ ซึ่งเป็นการอ้างจากการที่ไม่มีใครสามารถอธิบายได้ว่าทำไมแรงดึงดูดมันถึงอ่อนมาก ซึ่งเป็นไปได้ว่าสสารส่วนใหญ่ที่รู้จักจะถูกจับอยู่ในมิติทั้ง 3 มิติ แต่แรงดึงดูดอาจถูกเหนี่ยวนำไปยังมิติอื่น ทำให้เกิดแรงดึงดูดที่น้อยลง ซึ่งนักวิจัยกำลังมองอนุภาคที่ถูกส่งด้วยแรงเหนี่ยวนำดังกล่าว โดยอนุภาคนั้นคือ “Z” หรือ “zee star.” นักฟิสิกส์ตั้งทฤษฎีว่า Z สามารถเคลื่อนที่ระหว่างโลก 3 มิติของเราไปยังมิติที่ซ่อนอยู่ได้

ความเชื่อเรื่องมิติใหม่นี้เกินกว่าจะเป็นนิยายวิทยาศาสตร์ แต่ความเป็นไปได้ที่จะมีอยู่นั้นมีความเป็นจริงได้ นักวิจัยเชื่อว่ามิติอื่นดังกล่าวอาจจะอยู่ในมิติคู่ขนานกับเรา แต่จนถึงปัจจุบันมิติดังกล่าวมีความเล็กมากที่จะตรวจพบได้จากการทดลอง ในครั้งแรกนักวิจัยสามารถเข้าถึงระดับพลังงานใหม่ในห้องทดลอง ซึ่งเป็นระดับของ Tera electron volt และนักวิจัยหวังที่จะค้นพบปรากฏการณ์ใหม่ ๆ ในนั้น ณ ที่พลังงานสูง นักวิจัยสามารถที่จะกระตุ้นอนุภาคให้กระโดดข้ามมิติและวัดการหายไปของพลังงานหรือมวล หรือการปรากฎของระดับการกระตุ้นใหม่ของอนุภาคได้

แขวนไว้กับการสั่นทฤษฎี String
นักวิจัยตกอยู่กับสาขาของทฤษฎีฟิสิกส์สาขาหนึ่งที่ชื่อว่า ทฤษฎี string ทฤษฎีนี้นำเสนอว่าสสารจะสร้าง string การสั่นของพลังงาน บ่งชี้ถึงมิติที่ 6 หรือมากกว่านั้นที่เราไม่สามารถเห็นผลกระทบจากทุกสิ่งที่เรากระทำหรือมองเห็น สิ่งนี้เป็นโมเดลที่ดึงดูดนักฟิสิกส์ และต้องการผลลัพธ์ทางคณิตศาสตร์ในการตอบปัญหาที่ไม่สามารถตอบได้นี้ในฟิสิกส์อนุภาค

กันยายนนี้ นักฟิสิกส์จากทั่วโลกจะไปเฝ้าติดตามสิ่งที่จะเกิดขึ้นหลังจากการยิงลำอนุภาคลำแรกวิ่งวนใน collider แต่การยิงด้วยพลังงานที่สูงเพื่อเกิดการชนจะเริ่มในเดือนตุลาคมนี้

บิดาของอนุภาคพระเจ้า Higgs boson เชื่อมันต้องเจอแน่ที่ LHC!

นักวิทยาศาสตร์อังกฤษที่ให้สมญานามอนุภาคพระเจ้าว่า Higgs boson เชื่อว่ามันจะถูกเจอที่เครื่องชนอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลกหรือ Large Hadron Collider (LHC) แน่นอน

มันน่าจะเป็นยังงั้น” ศาตราจารย์ Peter Higgs กล่าวไม่กี่ชั่วโมงหลังจากเปิดการเดินเครื่อง LHC ครั้งแรกเมื่อวานที่ European Organisation for Nuclear Research (CERN) ใต้พื้นดินชายแดนฝรั่งเศสและสวิสต์เซอร์แลนด์

“นี้เป็นความคิดที่เสนอขึ้น ถ้าไม่มีอะไรตรงนั้น นั้นแสดงว่าผู้คนมากมายจะยังคงไม่เข้าใจทุกสิ่งที่เราเข้าใจเกี่ยวกับปฏิกิริยาอ่อนและไฟฟ้าแม่เหล็ก”

นักฟิสิกส์มีปริศนาที่ยาวนานเกี่ยวกับอนุภาคว่ามีมวลมาได้อย่างไร ในปี 1964 Peter Higgs ได้เสนอทฤษฎี ที่ว่ามันน่าจะมีฉากหลังที่ทำหน้าที่เหมือนที่มีความหนืดไว้ เมื่ออนุภาควิ่งผ่านฉากหลังนี้ก็จะได้รับมวลเนื่องจากการถูกดึงของฉากที่ทำหน้าที่เป็นตัวกลาง ซึ่งทฤษฎีนี้ได้รับการตั้งชื่อต่อมาว่า Higgs boson และถูกตั้งสมญาของอนุภาคนี้ว่า อนุภาคพระเจ้า ซึ่งเป็นอนุภาคที่ห้องทดลองทุกที่กำลังหาตัวอยู่

Higgs ได้นำเสนอแนวคิดที่เอดินเบิร์ก เมื่อ 44 ปีที่แล้ว โดยความคิดนี้ไม่ได้เกิดอย่างฉับพลันแต่เกิดจากความที่เค้าครุ่นคิดอยู่ 1 อาทิตย์

“มันไม่ใช่แบบ “Eureka” ณ ขณะนั้น แต่มันเป็นความเข้าใจที่กิดขึ้นที่ละเล็กทีละน้อย ที่เกิดการสะสมจากส่วนต่าง ๆ ที่แตกต่างกันในความทรงจำ ซึ่งช่วยให้เข้าใจว่าจะแก้ปัญหาที่กำลังกังวลในขณะนั้นได้อย่างไร”

“เมื่อผมกลับมาวันจันทร์เพื่อทำงานที่นี้ สิ่งแรกที่ผมทำคือเดินไปหาหาและเช็คเอกสารวิชาการต่าง ๆ เพื่อดูว่าสิ่งที่คิดและสะสมไว้นั้นถูกต้องและช่วยผมได้”

LHC มีมูลค่า 6 พันล้านฟรังก์สวิตส์เพื่อใช้ในการสร้าง และมีจุดประสงค์เพื่อไขปริศนาที่ยากที่สุดในฟิสิกส์ ซึ่งรวมถึงว่าทำไมอนุภาคถึงมีมวล การอธิบายถึงสสารมืดและพลังงานมืด ที่มีถึง 96% ในจักรวาลนี้ และมีมิติอื่นคู่ขนานกับเราหรือไม่

ผลการทดลองเมซอนอาจช่วยไขปริศนาปฎิอนุภาคได้

"ปฎิอนุภาคในจักรวาลหายไปไหนหมด” นี่เป็นหนึ่งในปริศนาคาใจในศาสตร์จักรวาลวิทยาที่ยังไม่มีคำตอบ แต่ตอนนี้ พฤติกรรมของอนุภาคที่เครื่องเร่งอนุภาคที่ญี่ปุ่นอาจช่วยให้นักฟิสิกส์เข้าใจได้ว่าทำไมเอกภพจึงเต็มไปด้วยสสาร โดยที่ปฏิสสารมีน้อยมากเมื่อเทียบกัน

ตามแบบจำลองของเอกภพที่ได้รับการยอมรับในปัจจุบัน ปริมาณของสสารและปฎิสสารที่เท่า ๆ กันควรจะเกิดขึ้นหลังบิ๊กแบงไม่นาน หลังจากนั้นสสารกับปฏิสสารก็ควรจะมีอันตรกิริยากันแล้วสลายตัวไปเป็นโฟตอนทั้งหมด อย่างไรก็ตามนักฟิสิกส์ยังไม่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมเอกภพที่เราเห็นในปัจจุบันจึงมีอนุภาคอยู่เป็นส่วนใหญ่ซึ่งแสดงถึงว่าความเข้าใจในฟิสิกส์ของเอกภพยุคเริ่มแรกของพวกเรายังไม่สมบูรณ์

หนึ่งในคำอธิบายเกี่ยวกับการหายไปของปฎิอนุภาคที่เสนอโดย Makoto Kobayashi และ Toshihide Maskawa ในปี 1973 เสนอว่าแรงนิวเคลียร์แบบอ่อนจะมีผลต่ออนุภาคและปฎิอนุภาคต่างกัน โดยความไม่สมมาตรนี้สามารถทำให้เกิดปรากฎการณ์ที่นักฟิสิกส์เรียกว่า Charge-Parity (CP) violation

Babar และ Belle

การสังเกตพบความไม่สมมาตรโคบายาชิ-มาซาคาวา (Kobayashi-Masakawa (KM) asymmetry) ครั้งแรกได้ถูกรายงานในปี 2002 โดยมาจากการศึกษาการสลายตัวของเมซอน K และ B ซึ่งอนุภาคทั้งสองต่างเป็นอนุภาคย่อยกว่าระดับอะตอมที่มีช่วงอายุสั้น โดยประกอบด้วยคู่ของควาร์ก-ปฏิควาร์ก และผลิตขึ้นมาได้จากการชนกันระหว่างอิเล็กตรอนและโพซิตรอน การตรวจวัดได้ทำขึ้นทั้งที่สถานีทดลองชื่อ Belle ซึ่งตั้งอยู่ที่เครื่องเร่ง KEK-B ในญี่ปุ่นและที่สถานีทดลอง BaBar ที่เคริ่องเร่ง SLAC หรือ Stanford Linear Accelerator ในสหรัฐอเมริกา

อย่างไรก็ตามความไม่สมมาตรที่พบในการทดลองทั้งสองนั้นมีค่าน้อยเกินกว่าที่จะอธิบายถึงการหายไปของปฎิอนุภาคในเอกภพได้

ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ที่ Belle ได้สังเกตพบความแตกต่างของระยะเวลาในการสลายตัวของเมซอน B ระหว่างแบบมีประจุกับแบบเป็นกลาง ความแตกต่างของช่วงเวลาในการสลายตัวนี้อาจจะทำให้เกิดความไม่สมมาตรที่เรากล่าวถึง เพิ่มขึ้นได้ การวัดนี้ใช้เวลามากกว่า 6 ปีและเป็นการสังเกตเมซอน B จำนวนถึงราว 535 ล้านตัวซึ่งแต่ละตัวสลายตัวเป็นเมซอน K และเมซอน

สู่ความเข้าใจใหม่

"ความแตกต่างของช่วงเวลานี้สามารถบ่งบอกถึงแหล่งที่ให้ CP violation ซึ่งจำเป็นต่อคำอธิบายของการที่เราพบเห็นเอกภพในปัจจุบันเต็มไปด้วยสสารได้" กล่าวโดย Paoti Chang แห่งมหาวิทยาลัยแห่งชาติไต้หวัน หนึ่งในผู้ที่ทำงานร่วมกับแล็บ Belle

ผลการทดลองนี้อาจสืบเนื่องมาจากอนุภาคอายุสั้นที่เราไม่รู้จักชนิดใหม่ซึ่งเกิดขึ้นจากการสลายตัวของเมซอน B แล้วอนุภาคนี้ก็สลายตัวต่อไปอย่างรวดเร็ว ถ้ากระบวนการสลายตัวของเมซอน B มีอนุภาคนี้ผุดขึ้นระหว่างกลางเป็นไปได้ที่จะทำให้ความไม่สมดุลของอนุภาคและปฎิอนุภาคเพิ่มมากขึ้น อีกความเป็นไปได้หนึ่งที่อาจอธิบายความแตกต่างนี้ก็คือการที่การสลายตัวนี้มีแรงนิวเคลียร์แบบเข้มเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย แต่หากเป็นจริง Chang ชี้ว่านี่ก็อาจบ่งบอกได้ว่ามีข้อผิดพลาดในความเข้าใจเรื่องการสลายตัวของเมซอน B

“เพื่อให้เข้าใจว่าความเข้าใจฟิสิกส์ใหม่ ๆ จะเข้ามาเกี่ยวข้องกับผลที่เราพบหรือเปล่า เราจำเป็นจะต้องมีการศึกษาการสลายตัวอื่นๆ เพิ่มเติม” Chang กล่าวและว่า “การทดลองเกี่ยวกับ CP violation ในปัจจุบันยังไม่มีความแม่นยำเพียงพอในการที่จะค้นหาคำตอบว่าข้อสมมติฐานใดถูกต้อง และยังต้องการข้อมูลที่มากกว่าตอนนี้อีกมาก”

นักวิจัยหวังว่าการทดลองในอนาคต เช่นเครื่องชนอนุภาค Large Hadron Collider และ Super B factory ที่ปรับปรุงใหม่แล้วจะช่วยให้พวกเขาพบเหตุผลของการหายไปของปฎิอนุภาค

The safety of the LHC

The Large Hadron Collider (LHC) can achieve an energy that no other particle accelerators have reached before, but Nature routinely produces higher energies in cosmic-ray collisions. Concerns about the safety of whatever may be created in such high-energy particle collisions have been addressed for many years. In the light of new experimental data and theoretical understanding, the LHC Safety Assessment Group (LSAG) has updated a review of the analysis made in 2003 by the LHC Safety Study Group, a group of independent scientists.

LSAG reaffirms and extends the conclusions of the 2003 report that LHC collisions present no danger and that there are no reasons for concern. Whatever the LHC will do, Nature has already done many times over during the lifetime of the Earth and other astronomical bodies. The LSAG report has been reviewed and endorsed by CERN’s Scientific Policy Committee, a group of external scientists that advises CERN’s governing body, its Council.

The following summarizes the main arguments given in the LSAG report. Anyone interested in more details is encouraged to consult it directly, and the technical scientific papers to which it refers.
Cosmic rays

The LHC, like other particle accelerators, recreates the natural phenomena of cosmic rays under controlled laboratory conditions, enabling them to be studied in more detail. Cosmic rays are particles produced in outer space, some of which are accelerated to energies far exceeding those of the LHC. The energy and the rate at which they reach the Earth’s atmosphere have been measured in experiments for some 70 years. Over the past billions of years, Nature has already generated on Earth as many collisions as about a million LHC experiments – and the planet still exists. Astronomers observe an enormous number of larger astronomical bodies throughout the Universe, all of which are also struck by cosmic rays. The Universe as a whole conducts more than 10 million million LHC-like experiments per second. The possibility of any dangerous consequences contradicts what astronomers see - stars and galaxies still exist.
Microscopic black holes

Nature forms black holes when certain stars, much larger than our Sun, collapse on themselves at the end of their lives. They concentrate a very large amount of matter in a very small space. Speculations about microscopic black holes at the LHC refer to particles produced in the collisions of pairs of protons, each of which has an energy comparable to that of a mosquito in flight. Astronomical black holes are much heavier than anything that could be produced at the LHC.

According to the well-established properties of gravity, described by Einstein’s relativity, it is impossible for microscopic black holes to be produced at the LHC. There are, however, some speculative theories that predict the production of such particles at the LHC. All these theories predict that these particles would disintegrate immediately. Black holes, therefore, would have no time to start accreting matter and to cause macroscopic effects.

Although stable microscopic black holes are not expected in theory, study of the consequences of their production by cosmic rays shows that they would be harmless. Collisions at the LHC differ from cosmic-ray collisions with astronomical bodies like the Earth in that new particles produced in LHC collisions tend to move more slowly than those produced by cosmic rays. Stable black holes could be either electrically charged or neutral. If they had electric charge, they would interact with ordinary matter and be stopped while traversing the Earth, whether produced by cosmic rays or the LHC. The fact that the Earth is still here rules out the possibility that cosmic rays or the LHC could produce dangerous charged microscopic black holes. If stable microscopic black holes had no electric charge, their interactions with the Earth would be very weak. Those produced by cosmic rays would pass harmlessly through the Earth into space, whereas those produced by the LHC could remain on Earth. However, there are much larger and denser astronomical bodies than the Earth in the Universe. Black holes produced in cosmic-ray collisions with bodies such as neutron stars and white dwarf stars would be brought to rest. The continued existence of such dense bodies, as well as the Earth, rules out the possibility of the LHC producing any dangerous black holes.
Strangelets

Strangelet is the term given to a hypothetical microscopic lump of ‘strange matter’ containing almost equal numbers of particles called up, down and strange quarks. According to most theoretical work, strangelets should change to ordinary matter within a thousand-millionth of a second. But could strangelets coalesce with ordinary matter and change it to strange matter? This question was first raised before the start up of the Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC, in 2000 in the United States. A study at the time showed that there was no cause for concern, and RHIC has now run for eight years, searching for strangelets without detecting any. At times, the LHC will run with beams of heavy nuclei, just as RHIC does. The LHC’s beams will have more energy than RHIC, but this makes it even less likely that strangelets could form. It is difficult for strange matter to stick together in the high temperatures produced by such colliders, rather as ice does not form in hot water. In addition, quarks will be more dilute at the LHC than at RHIC, making it more difficult to assemble strange matter. Strangelet production at the LHC is therefore less likely than at RHIC, and experience there has already validated the arguments that strangelets cannot be produced.
Vacuum bubbles

There have been speculations that the Universe is not in its most stable configuration, and that perturbations caused by the LHC could tip it into a more stable state, called a vacuum bubble, in which we could not exist. If the LHC could do this, then so could cosmic-ray collisions. Since such vacuum bubbles have not been produced anywhere in the visible Universe, they will not be made by the LHC.
Magnetic monopoles

Magnetic monopoles are hypothetical particles with a single magnetic charge, either a north pole or a south pole. Some speculative theories suggest that, if they do exist, magnetic monopoles could cause protons to decay. These theories also say that such monopoles would be too heavy to be produced at the LHC. Nevertheless, if the magnetic monopoles were light enough to appear at the LHC, cosmic rays striking the Earth’s atmosphere would already be making them, and the Earth would very effectively stop and trap them. The continued existence of the Earth and other astronomical bodies therefore rules out dangerous proton-eating magnetic monopoles light enough to be produced at the LHC.
Reports and reviews

Studies into the safety of high-energy collisions inside particle accelerators have been conducted in both Europe and the United States by physicists who are not themselves involved in experiments at the LHC. Their analyses have been reviewed by the expert scientific community, which agrees with their conclusion that particle collisions in accelerators are safe. CERN has mandated a group of particle physicists, also not involved in the LHC experiments, to monitor the latest speculations about LHC collisions.

Design

The LHC is the world's largest and highest-energy particle accelerator.The collider is contained in a circular tunnel, with a circumference of 27 kilometres (17 mi), at a depth ranging from 50 to 175 metres underground.The 3.8-metre (150 in.) diameter, concrete-lined tunnel, constructed between 1983 and 1988, was formerly used to house the Large Electron-Positron Collider. Mostly in France, it crosses the border between Switzerland and France at four points. Surface buildings hold ancillary equipment such as compressors, ventilation equipment, control electronics and refrigeration plants.

The collider tunnel contains two adjacent parallel beam pipes that intersect at four points, each containing a proton beam, which travel in opposite directions around the ring. Some 1,232 dipole magnets keep the beams on their circular path, while an additional 392 quadrupole magnets are used to keep the beams focused, in order to maximize the chances of interaction between the particles in the four intersection points, where the two beams will cross. In total, over 1,600 superconducting magnets are installed, with most weighing over 27 tonnes. Approximately 96 tonnes of liquid helium is needed to keep the magnets at their operating temperature of 1.9 K, making the LHC the largest cryogenic facility in the world at liquid helium temperature.


Superconducting quadrupole electromagnets are used to direct the beams to four intersection points, where interactions between protons will take place.Once or twice a day, as the protons are accelerated from 450 GeV to 7 TeV, the field of the superconducting dipole magnets will be increased from 0.54 to 8.3 T. The protons will each have an energy of 7 TeV, giving a total collision energy of 14 TeV (2.2 μJ). At this energy the protons have a Lorentz factor of about 7,500 and move at about 99.999999% of light speed. It will take less than 90 microseconds for a proton to travel once around the main ring – a speed of about 11,000 revolutions per second. Rather than continuous beams, the protons will be bunched together, into 2,808 bunches, so that interactions between the two beams will take place at discrete intervals never shorter than 25 ns apart. When the collider is first commissioned, it will be operated with fewer bunches, to give a bunch crossing interval of 75 ns. The number of bunches will later be increased to give a final bunch crossing interval of 25 ns.

Prior to being injected into the main accelerator, the particles are prepared by a series of systems that successively increase their energy. The first system is the linear particle accelerator Linac 2 generating 50 MeV protons, which feeds the Proton Synchrotron Booster. There the protons are accelerated to 1.4 GeV and injected into the Proton Synchrotron (PS), where they are accelerated to 26 GeV. Finally the Super Proton Synchrotron (SPS) is used to further increase their energy to 450 GeV before they are at last injected (over a period of 20 minutes) into the main ring. Here the proton bunches are accumulated, accelerated (over a period of 20 minutes) to their peak 7 TeV energy, and finally stored for 10 to 24 hours while collisions occur at the four intersection points.

The LHC will also be used to collide lead (Pb) heavy ions with a collision energy of 1,150 TeV. The Pb ions will be first accelerated by the linear accelerator Linac 3, and the Low-Energy Injector Ring will be used as an ion storage and cooler unit. The ions then will be further accelerated by the PS and SPS before being injected into LHC ring, where they will reach an energy of 2.76 TeV per nucleon.

ส่วนหนึ่งของ Antimatter

1.Antimatter ในโลกเราก็มี ทั้งตามธรรมชาติและที่สร้างขึ้นมา เพียงแต่มันมักจะอายุสั้นเพราะเกิดปฏิกิริยา “pair annihilation” (การประลัยคู่) เมื่อชนกับสสารปกติได้ง่าย

2.ที่มาของ Antimatter ในธรรมชาติก็เช่น ปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่างๆ เช่นการแตกตัวของสารกัมมันตรังสี

3.อนุภาคที่เกิดปฏิกิริยาได้ยากอย่าง nutrino ก็มีิอนุภาคตรงข้ามเช่นกัน และมันไม่ได้สลายง่ายๆ ด้วย แถมยังวิ่งผ่านตัวเราไปตลอดเวลาโดยไม่รู้ตัว

4.ในเครื่องเร่งอนุภาค เขาสามารถสร้าง antimatter ได้ตั้งนานแล้ว ที่ผ่านมา เขาสามารถชลอความเร็วของอนุภาค Antiproton กับ positron (anti-electron) เพื่อจับมันมาทำเป็น Anti Hydrogen ได้แล้วด้วย

5.การชนกันระหว่างอนุภาค กับปฏิอนุภาค แล้วสลายตัวให้โฟตอนออกมา เขาเรียกว่าปฏิกิริยา “pair annihilation” (การประลัยคู่) ไม่ใช่แค่ความเชื่อ เขาค้นพบมานานแล้ว

เมื่อ anti-particle กับ particle ชนกัน มันก็จะกลายเป็นโฟตอนขนาดเท่ากับมวลที่สลายไป ซึ่งส่วนมากก็จะเป็นรังสีแกมม่า และนี่ก็เป็นเรื่องที่เกิดขึ้นตลอดเวลาบนชั้นบรรยากาศ หรือสารกัมมันตภาพรังสี ไม่ได้น่าตกใจอะไรเลย