จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อลำแสงของ LHC มาบรรจบบอกเราว่า เว็บสล็อต จักรวาลทำงานอย่างไร โดย ราหุล ราว | เผยแพร่ 15 พฤษภาคม 2022 13:00 น ศาสตร์
ห่วงโซ่แม่เหล็กของ Large Hadron Collider
ห่วงโซ่แม่เหล็กภายในอุโมงค์ที่ Large Hadron Collider ซามูเอล โจเซฟ เฮิร์ตซอก ผ่าน CERN
แบ่งปัน
ขอบฟิสิกส์ที่เดือดพล่านอยู่
ในลำแสงอนุภาคย่อย ซึ่งวิ่งเป็นวงกลมใกล้กับความเร็วแสงในอุโมงค์ใต้ดินในยุโรปกลาง ลำแสงนั้นชนเข้ากับรถแข่งอีกคันหนึ่งอย่างรวดเร็วพอๆ กันในอีกทางหนึ่ง การชนกันที่เป็นผลทำให้เกิดอนุภาคอื่น ๆ จำนวนมาก จับโดยเครื่องตรวจจับก่อนที่จะกะพริบตา
Why ‘rooftop wind’ simply can’t compete with rooftop solar
นี่เป็นขั้นตอนมาตรฐานของ Large Hadron Collider (LHC) ซึ่งเพิ่งเปิดเครื่องเป็นครั้งแรกนับตั้งแต่ปี 2018 ตอนนี้คานของมันทรงพลังกว่าที่เคย LHC ซึ่งตั้งอยู่ที่ European Organisation for Nuclear Research (CERN) ใกล้กรุงเจนีวา เป็นเครื่องชนอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลก: เครื่องจักรแมมมอธที่ทุบอนุภาคย่อยของอะตอมเข้าด้วยกันอย่างแท้จริง และช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถชมน้ำพุของเศษควอนตัมที่พ่นออกมาได้
นั่นอาจดูเหมือนรุนแรงโดยไม่จำเป็นสำหรับการทดลองทางฟิสิกส์ แต่นักฟิสิกส์มีเหตุผลที่ดีในการทำลายล้าง ในการชนกันนั้น นักฟิสิกส์สามารถลอกชั้นต่างๆ ของจักรวาลของเราออกเพื่อดูว่าอะไรทำให้มันติ๊กในระดับที่เล็กที่สุด
นักฟิสิกส์เบื้องหลังเครื่อง
“ใหญ่” ในชื่อ LHC นั้นไม่มีการพูดเกินจริง: เครื่องชนกันตัดวงแม่เหล็กยาว 17 ไมล์ซึ่งอยู่ใต้ดินทั้งหมด ใต้ชานเมืองเจนีวาทั้งสองด้านของชายแดนฝรั่งเศส-สวิสที่ขาดๆ หายๆ (บ้านของสำนักงานใหญ่ของ CERN) ผ่าน เงาที่ลาดด้านตะวันออกของเทือกเขา Jura ของฝรั่งเศสและกลับมาอีกครั้ง
การประกอบยักษ์ใหญ่ดังกล่าวต้องใช้เวลา
LHC ได้รับการเสนอครั้งแรกในช่วงทศวรรษ 1980 และได้รับการอนุมัติในช่วงกลางทศวรรษ 1990 ใช้เวลากว่าทศวรรษในการสร้างก่อนที่จะเปิดสวิตช์ลำแสงครั้งแรกในปี 2008 การก่อสร้างใช้เงินไป 4.75 พันล้านดอลลาร์ส่วนใหญ่มาจากคลังของรัฐบาลยุโรปหลายแห่ง
LHC ใช้ไฟฟ้ามากพอที่จะจ่ายไฟให้กับเมืองเล็กๆ แม้กระทั่งก่อนการอัพเกรดในปัจจุบัน การทดลองของ LHC ก็ได้สร้างข้อมูลจำนวนหนึ่งเพทาไบต์ต่อวัน ซึ่งเพียงพอสำหรับเก็บภาพยนตร์ 4K กว่า 10,000 เรื่อง—และนั่นก็หลังจากที่เครือข่ายคอมพิวเตอร์ของ CERN กรองส่วนที่เกินออกไป ข้อมูลดังกล่าวส่งผ่านคอมพิวเตอร์ของนักวิทยาศาสตร์หลายพันคนจากทั่วทุกมุมโลก แม้ว่าบางส่วนของโลกจะแสดงได้ดีกว่าส่วนอื่นๆก็ตาม
[ที่เกี่ยวข้อง: เครื่องชนอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลกกลับมาทำงาน ]
เวลา เงิน และอำนาจของผู้คนยังคงหลั่งไหลเข้าสู่เครื่องชนกัน ในขณะที่นักฟิสิกส์พยายามหาคำตอบให้กับคำถามพื้นฐานที่สุดของจักรวาล
ตัวอย่างเช่น อะไรทำให้เกิดมวล? การช่วยตอบคำถามนั้นเป็นหนึ่งในชัยชนะที่เปิดเผยมากที่สุดของ LHC จนถึงปัจจุบัน ในปี 2555 นักวิทยาศาสตร์ของ LHC ได้ประกาศการค้นพบอนุภาคที่มีความต้องการมานานซึ่งเรียกว่าฮิกส์โบซอน โบซอนเป็นผลคูณของสนามซึ่งเมื่ออนุภาคมีปฏิสัมพันธ์กับสนามจะทำให้อนุภาคเหล่านั้นมีมวล
การค้นพบโบซอนฮิกส์เป็นอิฐก้อนสุดท้ายในกำแพงที่เรียกว่าแบบจำลองมาตรฐาน เป็นหัวใจสำคัญของฟิสิกส์อนุภาคยุคใหม่ ซึ่งเป็นแผนผังที่จัดวางอนุภาคย่อยของอะตอมประมาณ 12 อนุภาค และวิธีที่พวกมันประกอบเข้าด้วยกันอย่างเป็นระเบียบเพื่อก่อให้เกิดจักรวาลที่เราเห็น
แต่ทุกปีที่ผ่านไป โมเดลมาตรฐานดูเหมือนจะไม่เพียงพอที่จะตอบคำถามพื้นฐานมากขึ้น ทำไมในเอกภพถึงมีสสารมากกว่าปฏิสสารมากนัก ตรงกันข้ามกับสสาร? อะไรประกอบเป็นชิ้นใหญ่ของจักรวาลของเราที่ดูเหมือนจะมองไม่เห็นและมองไม่เห็น? และทำไมแรงโน้มถ่วงถึงมีอยู่? คำตอบนั้นไม่มีอะไรนอกจากความเรียบง่าย
คำตอบอาจมาในรูปของอนุภาคที่ยังไม่ถูกค้นพบ แต่จนถึงตอนนี้ พวกมันยังหลบหลีกแม้กระทั่งเครื่องชนกันของอนุภาคที่ทรงพลังที่สุด Finn Rebassoo นักฟิสิกส์อนุภาคจาก Lawrence Livermore National Laboratory ในแคลิฟอร์เนีย และผู้ทำงานร่วมกันของ LHC กล่าวว่า “เรายังไม่พบอนุภาคของแบบจำลองที่ไม่ได้มาตรฐานใดๆ ที่ LHC
อัพเกรด behemoth
แม้ว่าการระบาดของ COVID-19 จะขัดขวางการเปิด LHC อีกครั้ง ( ตามกำหนดเดิมสำหรับปี 2020) แต่สจ๊วตของผู้ชนไม่ได้นั่งเฉยๆ มาตั้งแต่ปี 2018 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการอัพเกรดทางเทคนิค พวกเขาได้เติมลำแสงของ collider เพื่อเพิ่มความเร็ว พลังงานประมาณร้อยละ 5
นั่นอาจดูเหมือนเล็กน้อย (และค่อนข้างจะซีดเมื่อเทียบกับการ อัพเกรด LHC ความสว่างสูง ที่วางแผนไว้ในช่วง ปลายทศวรรษนี้ซึ่งจะช่วยเพิ่มจำนวนการชนกัน) แต่นักวิทยาศาสตร์บอกว่ามันยังคงสร้างความแตกต่าง
“นี่หมายถึงการเพิ่มโอกาสในการสร้างฟิสิกส์ที่น่าสนใจ” Elizabeth Brost นักฟิสิกส์อนุภาคจาก Brookhaven National Laboratory ในลองไอส์แลนด์และผู้ทำงานร่วมกันของ LHC กล่าว “เป็นตัวอย่างที่ชื่นชอบส่วนตัว ตอนนี้เราจะได้รับกิจกรรมเพิ่มขึ้น 10 เปอร์เซ็นต์กับคู่ของ Higgs boson”
โมเดลมาตรฐานกล่าวว่าโบซอนของ Higgs ที่จับคู่กันน่าจะเป็นเหตุการณ์ที่หายากมาก และบางทีอาจเป็นอย่างนั้น แต่ถ้า LHC ผลิตคู่ได้มากมาย ก็เป็นสัญญาณว่ามีบางสิ่งที่ยังไม่ถูกค้นพบอยู่ในการเล่น
“มันเป็นสถานการณ์แบบ win-win: ไม่ว่าเราจะสังเกตเห็นการผลิตคู่ของ Higgs ในไม่ช้านี้ ซึ่งหมายถึงฟิสิกส์ใหม่” Brost กล่าว “หรือในที่สุดเราจะสามารถยืนยันการทำนายแบบจำลองมาตรฐานโดยใช้ชุดข้อมูล LHC แบบเต็ม”
การปรับปรุงนี้ยังให้โอกาสในการสังเกตสิ่งต่าง ๆ ที่ไม่เคยเห็นมาก่อน Bo Jayatilaka นักฟิสิกส์อนุภาคที่ Fermilab ในเขตชานเมืองชิคาโกและผู้ร่วมมือของ LHC กล่าวว่า “ทุก ๆ บิตที่เพิ่มขึ้นมีศักยภาพมากขึ้นในการค้นหาปรากฏการณ์ใหม่ ๆ เว็บสล็อต
