เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่

เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ (อังกฤษ: Large Hadron Collider; LHC) คือเครื่องเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลก มีเป้าหมายที่จะสร้างอนุภาคโปรตอน 7 TeV ขึ้น เพื่อพิสูจน์ข้อเท็จจริงและข้อจำกัดของทฤษฎีทางฟิสิกส์อนุภาคที่มีอยู่ในปัจจุบันอันอยู่ภายใต้กฎของแรงทั้งสี่ องค์กรวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (European Organization for Nuclear Research) หรือ เซิร์น (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) เป็นผู้สร้างเครื่องนี้ขึ้นที่บริเวณเขตแดนประเทศฝรั่งเศสและสวิตเซอร์แลนด์ ใกล้กับกรุงเจนีวา เป็นท่อใต้ดินลักษณะเป็นวงแหวนขนาดความยาวเส้นรอบวง 27 กิโลเมตร

แผนผังแสดงส่วนต่างๆ ของ LHC

แผนที่แสดงขอบเขตของ LHC

superconducting quadrupole electromagnetas หรือท่อตัวนำยิ่งยวดแม่เหล็กไฟฟ้าสี่ขั้ว สำหรับใช้นำอนุภาคไปสู่จุดที่กำหนดสำหรับการชน

เครื่อง LHC นี้ถือว่าเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่มีขนาดใหญ่ที่สุดและใช้พลังงานสูงที่สุดของโลก สร้างขึ้นจากเงินทุนและการสนับสนุนรวมทั้งความร่วมมือจากนักฟิสิกส์มากกว่า 8,000 คน จาก 85 ประเทศ ในมหาวิทยาลัยและห้องทดลองทั่วโลกนับร้อยแห่ง

ในระหว่างการก่อสร้าง เซิร์นเปิดโอกาสให้อาสาสมัครจากทั่วโลก ได้เข้าร่วมบริจาคการทำงานของคอมพิวเตอร์ เพื่อจำลองพฤติกรรมที่เกิดขึ้นภายในเครื่อง LHC เพื่อช่วยในการออกแบบ และปรับแต่งระบบ ด้วยโครงการที่มีชื่อว่า LHC@home ตั้งแต่วันที่ 1 กันยายน พ.ศ. 2547 โครงการนี้ดำเนินการบนระบบ Berkeley Open Infrastructure for Network Computing ของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์

เครื่องเร่งนี้สามารถทำความเย็นลงได้ต่ำที่สุดที่ประมาณ 1.9 K (หรือ −271.25 °C) เป็นอุณหภูมิที่ทำลงไปใกล้อุณหภูมิสัมบูรณ์มากที่สุด ได้มีการทดสอบยิงอนุภาคเริ่มต้นสำเร็จแล้วในช่วงวันที่ 8-11 สิงหาคม พ.ศ. 2551 และมีกำหนดจะยิงอนุภาคให้เคลื่อนที่ไปครบวงรอบของท่อตัวนำในวันที่ 10 กันยายน พ.ศ. 2551 โดยใช้พลังงานเริ่มต้นที่ 0.45 TeV เมื่อเส้นทางของอนุภาคเข้าสู่ภาวะเสถียร เครื่องจะปรับเส้นทางให้เกิดการชนกันของอนุภาค หลังจากนั้นจะค่อยๆ เพิ่มระดับของพลังงานขึ้นไปจนถึง 5 TeV และสังเกตการณ์ผลที่เกิดขึ้น

ในทางทฤษฎีแล้ว เชื่อว่าเมื่อเดินเครื่องเครื่องเร่งอนุภาค จะสามารถสร้างอนุภาคฮิกส์ (หรือ อนุภาคพระเจ้า) ขึ้น อันเป็นอนุภาคหนึ่งในสองชนิดในแบบจำลองมาตรฐานที่ยังไม่ถูกค้นพบ ซึ่งจะเป็นการตอบคำถามอันหาคำตอบไม่ได้ภายใต้กฎทางฟิสิกส์ปัจจุบัน และทำให้สามารถอธิบายคุณสมบัติพื้นฐานของอนุภาคที่ประกอบกันขึ้นเป็นมวล

ผู้คนจำนวนหนึ่งเป็นกังวลเกี่ยวกับความปลอดภัยในการทดลองครั้งนี้ ว่าอาจจะทำให้เกิดหลุมดำ บางส่วนถึงกับฟ้องร้องต่อศาลให้ระงับการทดลอง แต่ชุมชนนักวิทยาศาสตร์ต่างเห็นพ้องกันว่าการทดลองเครื่องเร่งอนุภาคครั้งนี้ไม่ก่อให้เกิดอันตรายแต่อย่างใด

เครื่องตรวจวัด

LHC ประกอบด้วยเครื่องตรวจวัดจำนวน 6 ชุด เป็นเครื่องตรวจวัดอเนกประสงค์ 2 ชุด คือ ATLAS และ CMS เครื่องตรวจวัดสถานะพลาสมาควาร์ก-กลูออน ALICE และเครื่องตรวจวัดเฉพาะงานขนาดเล็กอีก 3 ชุด คือ LHCb, TOTEM และ LHCf

• ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) เป็นเครื่องตรวจวัดอเนกประสงค์ ทำหน้าที่ตรวจหาอนุภาคฮิกก์ส มิติพิเศษ (extra dimension) และอนุภาคที่อาจก่อตัวขึ้นเป็นสสารมืด (dark matter) เป็นเครื่องมือชิ้นใหญ่ที่สุดของ LHC
• CMS (Compact Muon Solenoid) เป็นเครื่องตรวจวัดอเนกประสงค์เช่นเดียวกับ ATLAS แต่มีหลักการทำงานต่างกัน
• ALICE (A Large Ion Collider Experiment) ทำหน้าที่ศึกษาสถานะพลาสมาควาร์ก-กลูออนเมื่อขยายตัวและเย็นลง และศึกษาการสลายตัวของสถานะพิเศษนี้ กลายเป็นอนุภาคซึ่งประกอบขึ้นเป็นสสารในเอกภพ
• LHCb ศึกษาบิวตี ควาร์ก (beauty quark) เพื่อสังเกตความแตกต่างระหว่างสสารและปฏิสสาร
• TOTEM (Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation)
• LHCf

อ้างอิง

1. Achenbach, Joel (2008-03-01). "The God Particle". National Geographic Magazine. National Geographic Society. ISSN 0027-9358.
2. LHC@home
3. "LHC synchronization test successful". CERN bulletin.
4. Overbye, Dennis (29 July 2008). "Let the Proton Smashing Begin. (The Rap Is Already Written.)". The New York Times.
5. CERN press release, 7 August 2008
6. Boyle, Alan (2 September 2008). "Courts weigh doomsday claims" 2008-09-04 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน. Cosmic Log. msnbc.com.
7. http://www.aps.org/units/dpf/governance/reports/upload/lhc_saftey_statement.pdf
8. เซิร์น:การทดลองสุดยิ่งใหญ่ของมวลมนุษย์ ค้นหาจุดเล็กสุดสู่กำเนิดจักรวาล
9. Paul Rincon (9 September 2008). "Cern collider ready for power-up". BBC. สืบค้นเมื่อ 2008-09-09.

แหล่งข้อมูลอื่น

• เว็บไซต์อย่างเป็นทางการ
• LHC Website ของประเทศอังกฤษ
• LHC Website ของประเทศสหรัฐอเมริกา