| ที่มา | คอลัมน์ ฟิสิกส์ธรรมดาสาระมันส์ มติชนรายวัน |
|---|---|
| ผู้เขียน | อาจวรงค์ จันทมาศ www.facebook.com/ardwarong |
| เผยแพร่ |
ธาตุกัมมันตรังสีเป็นธาตุที่สลายตัวแล้วลดปริมาณลงเรื่อยๆ แล้วปลดปล่อยรังสีออกมา กลไกการปล่อยรังสีของธาตุเหล่านี้เคยเป็นเรื่องลึกลับที่สุดเรื่องหนึ่งในฟิสิกส์
ไม่มีใครรู้ว่าภายในธาตุเหล่านี้เกิดอะไรขึ้นกันแน่?
ต่อมานักฟิสิกส์ค้นพบว่ากัมมันตรังสีทุกชนิดสลายตัวด้วยแรงที่เรียกว่า แรงอย่างอ่อน (weak interaction)
ทฤษฎีหนึ่งเชื่อว่า แรงอย่างอ่อน กับ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า ที่เราสังเกตเห็นว่าแตกต่างนั้น แท้จริงแล้วที่ระดับพลังงานสูงมากๆ มันจะกลายเป็นแรงอย่างเดียวกันเรียกว่า แรงอิเล็กโทรวีค (Electroweak interaction)
การพิสูจน์ทฤษฎีนี้นับเป็นเรื่องท้าทาย
ในปี 1983 เซิร์น (CERN) องค์กรวิจัยฟิสิกส์อนุภาคของยุโรปที่มีเครื่องเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลกค้นพบอนุภาคใหม่ที่มีชื่อว่า W และ Z โบซอนจากการทดลอง UA1 และ UA2 (UA ย่อมาจาก Underground Area เพราะตำแหน่งของมันอยู่ใต้ดินนอกส่วนหลักของ CERN)
ส่วนหนึ่งของตัวตรวจจับในการทดลอง UA1 ในพิพิธภัณฑ์
ส่วนกลางของเครื่องมือที่ใช้ในการทดลอง UA1
การทดลองดังกล่าวใช้เครื่องเร่งอนุภาคที่มีชื่อว่า Super Proton Synchrotron (SPS) ซึ่งจะเร่งโปรตอนและปฏิโปรตอนจำนวนมหาศาลมาชนกันด้วยพลังงานที่สูงอย่างยิ่ง จากนั้นตรวจวัดผลที่เกิดขึ้นเพื่อนำมาวิเคราะห์จนพบอนุภาค W และ Z ซึ่งเป็นสนามของแรงอย่างอ่อน กล่าวคืออนุภาคทั้งสองทำให้แรงอย่างอ่อนแผ่ไปรอบๆและทำให้เกิดแรงอย่างอ่อนระหว่างอนุภาคได้นั่นเอง
W โบซอน นั้นมีประจุไฟฟ้า +1 และ -1 ชื่อของมันมาจากคำว่า Weak force
ในขณะที่อนุภาค Z นั้นเป็นกลางทางไฟฟ้า ชื่อของมันมาจากตัวอักษรสุดท้ายในภาษาอังกฤษซึ่งบ่งชี้ว่ามันเป็นส่วนสุดท้ายที่จะมาเติมเต็มแบบจำลองของทฤษฎีอิเล็กโทรวีค
(ภาพ3)
อนุภาคเหล่านี้สลายตัวอย่างรวดเร็วในระดับหนึ่งในสิบล้านล้านล้านล้านวินาที! การค้นพบมันจึงเป็นส่วนสำคัญอย่างยิ่งที่สนับสนุนความถูกต้องของทฤษฎีอิเล็กโทรวีค ส่งผลให้ คาร์โล รุบเบีย (Carlo Rubbia) หนึ่งในนักฟิสิกส์ชาวอิตาเลียนผู้ที่พัฒนาการและควบคุมการทดลอง UA1 ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1984
การค้นพบ W และ Z ยังมีความสำคัญอย่างมากในแง่การทำความเข้าใจเอกภพ เพราะเอกภพทุกวันนี้เต็มไปด้วยสสาร ในขณะที่ปฏิสสารกลับไม่มีให้เห็นเลย
ในช่วงแรกๆ ที่เอกภพถือกำเนิดขึ้น สสารและปฏิสสารเกิดขึ้นมาด้วยปริมาณพอๆ กัน นักฟิสิกส์จำนวนหนึ่งเชื่อว่าแรงอย่างอ่อนเป็นสาเหตุของความไม่สมมาตรระหว่างสสารและปฏิสสารทำให้ปฏิสสารหายไปแล้วเหลือไว้เพียงสสารที่เราพบเห็นทุกวันนี้
อย่างไรก็ตาม แนวคิดดังกล่าวเป็นเพียงสมมติฐานหนึ่งเท่านั้น ส่วนความเข้าใจที่ชัดเจนจริงๆอาจต้องรอให้นักฟิสิกส์ทำความเข้าใจแรงอย่างอ่อนให้มากกว่านี้เสียก่อน
