LHC (Large Hadron Collider) ทำผลงานค้นพบอนุภาคชนิดใหม่เป็นครั้งแรก แม้ว่าจะยังไม่ใช่อนุภาค Higgs boson ที่ตามหากัน แต่อย่างน้อยนักฟิสิกส์ที่ CERN ก็มีอะไรไว้อวดบ้างแล้ว

อนุภาคใหม่ที่ค้นพบโดยทีม ATLAS ของ LHC มีชื่อว่า χ_b(3P) (อ่านว่า /ไค-บี-3-พี/) เป็นอนุภาคประเภท boson ที่ประกอบด้วย beauty quark และ antiquark ของมันอย่างละหนึ่งตัว ดึงดูดกันด้วยแรงนิวเคลียร์แบบเข้ม (strong nuclear force)

อนุภาคใหม่จะช่วยให้นักฟิสิกส์เข้าใจธรรมชาติของแรงนิวเคลียร์แบบเข้มมากขึ้น

ขณะรอการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ บทความวิจัยได้เผยแพร่อยู่ที่ arXiv.org

ที่มา - The Telegraph, PhysOrg, COSMOS, Popular Science

ความน่าตกใจเพียงประการเดียวของข่าวนี้ คือ มันทำให้เราตระหนักว่า ก่อนหน้านี้ LHC ยังไม่เคยค้นพบอนุภาคอะไรเป็นชิ้นเป็นอันเลย! สรุปว่าข่าวเกี่ยวกับ LHC ที่เราเคยอ่านมาทั้งหมดมีแต่ข่าวจิปาถะ/บทเบ็ดเตล็ด/ทฤษฎีพิลึกพิลั่นนั่นเอง

นักวิทยาศาสตร์ของ Fermi National Accelerator Laboratory หรือที่เรียกกันสั้นๆ ว่า Fermilab ได้รายงานการค้นพบอนุภาค baryon ตัวใหม่ที่มีชื่อว่า \(\begin{align}
\Xi_{ b}^{0}
\end{align}
\) (อ่านว่า "neutral Xi-sub-b")

baryon คืออนุภาคระดับปรมาณูที่ประกอบด้วย quark สามตัว ซึ่งอันที่เรารู้จักกันดีก็ได้แก่ โปรตอน (ประกอบด้วย up quark 2 ตัว กับ down quark 1 ตัว) และนิวตรอน (down 2 ตัว กับ up 1 ตัว) ส่วน Ξ_b⁰ ที่เพิ่งค้นพบนี้ประกอบด้วย strange, up, และ bottom อย่างละตัว ทำให้มันมีมวลประมาณ 6 เท่าของมวลนิวตรอนหรือโปรตอน

จากการวิเคราะห์ข้อมูลเหตุการณ์การชนกันของโปรตอนและแอนติโปรตอนเกือบ 500,000 ล้านเหตุการณ์ในเครื่องเร่งอนุภาค Tevatron นักวิทยาศาสตร์ทีม CDF ของ Fermilab พบร่องรอยหลักฐานของการเกิด Ξ_b⁰ ถึง 25 อัน! เหตุผลที่ Ξ_b⁰ ทิ้งหลักฐานไว้น้อยขนาดนี้ก็เป็นเพราะว่ามันสลายตัวเป็นอนุภาคอื่นในเกือบจะทันทีหลังจากการเกิด

Ξ_b⁰ อยู่ในกลุ่ม baryon ที่มี spin J=1/2 และมี bottom quark 1 ตัว อนุภาคเกือบทั้งหมดในกลุ่มนี้ถูกค้นพบโดย Fermilab ได้แก่ Σ_b^- (ปี 2006), Σ_b⁺ (ปี 2006), Ξ_b^- (ปี 2007), Ω_b^- (ปี 2009) เหลือก็แต่ Λ_b ที่ค้นพบโดย CERN และ Σ_b⁰ ที่ยังไม่มีการค้นพบ

แม้ว่าทฤษฎี Standard Model จะทำนายถึงการมีอยู่ของ Ξ_b⁰ ไว้ก่อนหน้าการค้นพบนานแล้ว แต่การได้สังเกตอนุภาคตัวเป็นๆ ก็มีผลดีต่อการทำความเข้าใจฟิสิกส์ของอนุภาคและแรงต่างๆ ซึ่งจะช่วยให้นักฟิสิกส์เอาไปปรับปรุงทฤษฎีต่อไป

นักวิจัย Fermilab ส่งการค้นพบนี้เข้าตีพิมพ์ที่วารสาร Physical Review Letters

ที่มา - PhysOrg, Live Science

เมื่อเดือนเมษายน 2011 นักวิทยาศาสตร์ Fermilab ประจำเครื่องตรวจจับอนุภาค CDF ของ Tevatron ได้รายงานว่าพบสัญญาณแปลกๆ ในข้อมูล และก็กลายเป็นข่าวใหญ่โตว่าอาจเป็นร่องรอยของอนุภาคใหม่ หลังจากนั้นยังมีการแถลงข้อมูลเพิ่มเติมอีกในเดือนพฤษภาคม ซึ่งข้อมูลที่เพิ่มได้ยกระดับความเชื่อมั่นในการวิเคราะห์ขึ้นไปถึง 4.1 sigma จากเดิมที่อยู่ระดับตัวเลขสามกว่าๆ (ระดับที่นักฟิสิกส์ถือว่าใช้ได้คือ 5 sigma ขึ้นไป)

ทุกคนต่างมั่นใจว่างานนี้ต้องมีของใหม่เกิดขึ้นแน่ๆ รอแค่การยืนยันจาก DZero หรือ D0 ซึ่งเป็นเครื่องตรวจจับอนุภาคอีกอันของ Tevatron

แต่พอมาถึงวันที่ 10 มิถุนายน 2011 ทีมประจำ D0 กลับรายงานผลว่า ไม่พบสัญญาณประหลาดที่ว่า ...แบบว่าไม่ไว้หน้าเพื่อนร่วมชะตากรรมกันเลย

ผลของ D0 ทำให้นักฟิสิกส์หลายคนเบรคเอี๊ยดกันหน้าทิ่มหน้าตำ เพราะตลอดกว่าสิบปีที่ผ่านมา ผลการทดลองของ CDF และ D0 เคยขัดแย้งกันแค่สองสามครั้งจากรายงานทั้งหมดกว่า 500 ชิ้น ใครจะไปคาดคิดว่ามันจะไม่ตรงกันอีกในคราวนี้

นักฟิสิกส์บางคนก็ไม่ยอมแพ้ คิดว่าอย่างน้อย D0 น่าจะเจออะไรบ้าง (ผมเดาว่าต้องมีสักคนในพวกนี้ที่แอบเปิดแชมเปญฉลองไปตั้งแต่เมื่อสองเดือนที่แล้วแน่) ทำให้สถานการณ์ตอนนี้อยู่ในภาวะ "รอคอยการยืนยัน" ต่อไป

การยืนยันก็มีอยู่ไม่กี่ทาง หนึ่ง ใส่ข้อมูลเข้าไปเพิ่มแล้วก็วิเคราะห์เพิ่ม สอง เอาผลจาก CDF และ D0 มารวมกัน และสาม รอผล LHC ซึ่งอาจกินเวลานานหน่อยเพราะกว่า CDF และ D0 จะรวบรวมผลได้ขนาดนี้ก็ใช้เวลาหลายปีดีดัก

ที่มา - Nature News, Science News, Popular Science

ปัจจุบันนักฟิสิกส์ถือว่าอิเล็กตรอนเป็นเหมือนกับจุดในทางเรขาคณิตที่ไม่มีขนาด ไม่มีความกว้างความยาวความสูง รูปร่างของอิเล็กตรอนจะสังเกตได้จากกลุ่มหมอกของอนุภาคเสมือน (virtual particle) ที่อยู่ดีๆ ก็ผลุบๆ หายๆ ออกมาจากความว่างเปล่า ทำให้นักฟิสิกส์คาดว่ารูปร่างของอิเล็กตรอนจะต้องเบี้ยวหน่อยๆ ตามประจุและการหมุนของอิเล็กตรอนที่ลากกลุ่มหมอกของอนุภาคเสมือนให้คลาดเคลื่อนไปจากรูปทรงกลม

ทีมวิจัยของ Imperial College London ที่นำโดย Jony Hudson ได้ศึกษารูปร่างของอิเล็กตรอนโดยการวิเคราะห์จากการเคลื่อนที่ของโมเลกุล ytterbium monofluoride ในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก วิธีนี้เคยมีคนทำมาแล้วก่อนหน้านี้ แต่ว่าที่ผ่านมานักวิจัยคนอื่นใช้อะตอมซึ่งให้ผลที่ละเอียดสู้การใช้โมเลกุลไม่ได้

จากการวัดล่าสุดพบว่าอิเล็กตรอนนั้นกลมดิ๊กอย่างมากถึงมากที่สุด หากจะมีความคลาดเคลื่อนจากทรงกลมอยู่บ้าง ก็ต้องมีค่าเพียงไม่เกิน 0.000000000000000000000000001 ซม. ถ้าเปรียบว่าอิเล็กตรอนมีขนาดเท่ากับระบบสุริยะ ความคลาดเคลื่อนขนาดนี้มีความกว้างมากสุดก็แค่เส้นผมมนุษย์เท่านั้น!

อิเล็กตรอนที่เป็นทรงกลมสร้างปัญหาให้กับทฤษฎี Supersymmetry ซึ่งชี้แนะไว้ว่าอิเล็กตรอนควรมีรูปร่างเบี้ยวๆ เพื่อที่ว่ามันจะได้แตกต่างจากโพสิตรอน (ปฏิสสารของอิเล็กตรอน) ความแตกต่างนี้ก็จะส่งผลอะไรสักอย่างที่ทำให้เอกภพของเรามีแต่สสารเป็นส่วนประกอบ การที่ Supersymmetry เจอกับปัญหาก้อนใหญ่จุกคอหอยอย่างนี้ทำให้นักฟิสิกส์ยังคงต้องติดแหง็กอยู่กับ Standard Model ซึ่งก็ยังมีจุดอ่อนอีกหลายประการ

อย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์หลายคนก็ไม่ยอมทิ้งความหวังกับ Supersymmetry พวกเขาคิดว่าบางทีความคลาดเคลื่อนของทรงกลมของอิเล็กตรอนอาจจะมีอยู่เล็กน้อยจนตรวจไม่พอก็ได้ หรือไม่ก็ ทฤษฎี Supersymmetry ยังมีอะไรซ่อนอยู่ที่จะงัดเอามาอธิบายทรงกลมของอิเล็กตรอนได้

ที่มา - Science Daily, BBC News, Scientific American, Live Science

Tevatron เป็นเครื่องเร่งอนุภาคของ Fermi National Accelerator Laboratory (หรือชื่อเล่นว่า Fermilab) ตั้งอยู่ที่ Batavia รัฐอิลลินอยส์ ประเทศสหรัฐอเมริกา มันเคยเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ทรงพลังที่สุดในโลก แม้ว่าตอนนี้ตำแหน่งแชมป์ถูก Large Hadron Collider (LHC) ของ CERN สอยไปเสียแล้ว แต่ด้วยความที่ Tevatron ปฏิบัติการมาตั้งแต่ปี 1983 นักวิทยาศาสตร์ของ Fermilab จึงมีข้อมูลการทดลองเยอะมาก ซึ่งถือเป็นข้อได้เปรียบคู่แข่งอื่นๆ การค้นพบ top quark ในปี 1995 ก็มาจากข้อมูลของ Tevatron

นักวิทยาศาสตร์ของ Fermilab ได้นำข้อมูลจากการทดลอง CDF ตั้งแต่ปี 2001-2009 มาวิเคราะห์ พวกเขาพบว่า มีอะไรบางอย่างที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีฟิสิกส์มาตรฐานที่มีอยู่ในปัจจุบัน

การทดลอง CDF เป็นการทดลองที่เร่งให้ลำโปรตอนและแอนตี้โปรตอนวิ่งมาชนกันที่พลังงาน 1.96 TeV จากนั้นก็คอยดักตรวจจับอนุภาคและกระแสพลังงานที่เกิดขึ้น นักวิทยาศาสตร์รู้ดีอยู่แล้วว่าการชนกันจะทำให้เกิดอนุภาค W boson และ Z boson ขึ้น แต่ว่าอนุภาคทั้งสองจะสลายตัวไปเป็นอนุภาคอื่นๆ และพลังงานก่อนที่จะมาถึงเครื่องตรวจจับ ดังนั้นงานของนักวิทยาศาสตร์ก็คือการมองหาอนุภาคที่เกิดจากการสลายตัวเหล่านั้น เช่น อิเล็กตรอน, มิวออน เป็นต้น แล้วค่อยคำนวณย้อนกลับไปว่าอนุภาคเหล่านี้เกิดจากการชนที่ไหน เมื่อไร และอย่างไร

และ...แต่น แตน แต๊น... ท่านกำลังจะได้เห็นสิ่งเดียวกับที่นักวิทยาศาสตร์แนวหน้าทั่วโลกได้เห็นและกำลังตื่นเต้นอยู่ในขณะนี้ สิ่งนั้นแสดงไว้อยู่ในกราฟด้านล่าง แกนนอนของกราฟคือพลังงานของอนุภาค แกนตั้งคือจำนวนเหตุการณ์ที่ตรวจจับหรือคาดว่าจะตรวจจับเจออนุภาคที่ค่าพลังงานหนึ่งๆ
(โอเค ผมรู้มันไม่น่าตื่นเต้นหรอก ยังไงมันก็เป็นฟิสิกส์ ใครจะไปตื่นเต้น?)

ผู้อ่าน JuSci คงรู้จักเครื่อง LHC หรือเครื่องชนอะตอมขนาดยักษ์ที่สวิตเซอร์แลนด์กันหมดแล้ว ในอดีตเครื่องชนอะตอมลักษณะนี้ถูกสร้างขึ้นตั้งแต่ยุค 1950s หรือหลังสงครามโลกเสร็จหมาดๆ หนึ่งในเครื่องที่เคยมีชื่อเสียงเกรียงไกรว่าใหญ่ที่สุดในโลก (เหมือนกับที่ LHC เป็นอยู่ในขณะนี้) คือเครื่อง Bevatron ของห้องวิจัย Lawrence Berkeley National Laboratory ในแคลิฟอร์เนีย

เครื่อง Bevatron เคยถูกขนานนามว่า "10,000-Ton Cracker for Invisible Nuts" มีต้นทุนในการสร้าง 9.5 ล้านดอลลาร์ (ค่าเงินในสมัยนั้น) สร้างขึ้นด้วยเหล็ก 9,500 ตัน สายไฟต่อรวมกันได้ 225 ไมล์ พื้นที่ศูนย์วิจัย Bevatron มีขนาด 125,000 ตารางฟุต และเคยเป็นจุดศูนย์กลางของ Lawrence Berkeley National Laboratory ในสมัยนั้น Bevatron สร้างขึ้นโดย E. O. Lawrence ซึ่งเป็นผู้ก่อตั้งห้องทดลองชั้นนำของสหรัฐหลายแห่ง รวมถึง Lawrence Berkeley ด้วย

หลังจาก Bevatron สร้างเสร็จเพียง 1 ปี นักวิทยาศาสตร์ก็ใช้ Bevatron ค้นพบ antiproton (ซึ่งส่งผลให้ผู้ค้นพบได้รับรางวัลโนเบล) และเปิดฉากโลกแห่งฟิสิกส์ที่ค้นพบแล้วว่า anti-matter มีอยู่จริง

อย่างไรก็ตาม ยุคสมัยของ Bevatron ผ่านพ้นไปแล้ว Bevatron กำลังถูกแยกชิ้นส่วนออกไปใช้งานอื่นๆ และพื้นที่บริเวณนี้จะถูกระเบิดทิ้งในปี 2011 ดูรูปเพื่อรำลึกถึง Bevatron ได้จากลิงก์ที่มา

ที่มา - Wired

ภาพยนตร์ Angels & Demons ที่กำลังเข้าฉายนั้นมีระเบิด Antimatter หรือปฏิสสารเข้ามาเกี่ยวข้องในเนื้อเรื่อง เรามาดูกันดีกว่าว่าในแง่วิทยาศาสตร์แล้ว Antimatter จริงๆ นั้นเป็นอย่างไรบ้าง

• ระเบิด Antimatter 1 ปอนด์ มีผลทำลายล้างเท่ากับระเบิด TNT 19 เมกะตัน
• Antimatter ต้องเก็บอยู่ในสภาพสุญญากาศอย่างสมบูรณ์ ห้ามไม่ให้มันไปสัมผัสกับพื้นผิวของกล่องที่ใส่ ไม่งั้น ตูม!
• ในเรื่อง ระเบิด Antimatter ถูกขโมยมาจาก CERN (ผู้สร้างเครื่อง LHC) ในความเป็นจริง CERN มี Antimatter อยู่จริงๆ ซะงั้น แต่มีอยู่ในปริมาณระดับเศษเสี้ยวธุลี คนของ CERN บอกว่าถ้าเอาปริมาณ Antimatter ที่ CERN ผลิตขึ้นได้ในรอบ 30 ปีมารวมกัน มันจะได้แค่ 1 ในหมื่นล้าน กรัมเท่านั้น
• ถ้า Antimatter ปริมาณที่มีอยู่ระเบิดบนนิ้วของคุณ จะอารมณ์ประมาณจุดไม้ขีด ไม่แรงไปกว่านั้น
• CERN ชี้แจงบนเว็บไซต์ว่าอย่ากลัว มันต้องใช้เวลาเป็นพันๆ ล้านปีในการสร้างระเบิด Antimatter ที่มีพลังทำลายล้างเท่ากับนิวเคลียร์ในปัจจุบัน
• วิธีการสร้าง Antimatter ในปัจจุบันคือยิงรังสีอานุภาพพลังงานสูงเข้าไปชนเป้าหมาย (ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำอยู่ใน LHC) แต่หลายหน่วยงาน เช่น NASA ก็กำลังคิดวิธีใหม่ๆ อยู่เช่นกัน
• NASA ประเมินว่าค่าใช้จ่ายในการผลิต Antimatter 1 ไมโครกรัมอยู่ที่ 62.5 ล้านดอลลาร์
• แต่ถ้ามีโรงงานผลิตอย่างเป็นเรื่องเป็นราว อาจลดค่าใช้จ่ายลงมาเหลือ 25,000 ดอลลาร์ต่อไมโครกรัม แต่ค่าโรงงานนี่ 3,000-10,000 ล้านดอลลาร์

ที่มา - Wired

การหา "อนุภาคพระเจ้า" หรือ Higgs Boson ซึ่งถือเป็นการทดลองอันสำคัญของเครื่อง LHC นั้น จะดูที่ขอบเขตของมวลเป็นสำคัญ (คือหาว่า Higgs Boson นั้นมีมวลจริงหรือไม่ และมวลนั้นอยู่ที่ขนาดเท่าไร)

มวลของอนุภาคที่เล็กขนาดนี้ เค้ามีหน่วยวัดเป็น GeV/c² (GeV คือ gigaelectron volt - ดู [Electron_volt](http://en.wikipedia.org/wiki/Electron volt) ในวิกิพีเดียประกอบ)

สำหรับ Higg Bosons นั้น การทดลองเก่าสองอันระบุว่า Higgs จะมีมวลอยู่ระหว่าง 114-185 GeV ซึ่งขอบเขตช่วงนี้จะเป็นช่วงที่ LHC เดินเครื่องเพื่อทดสอบว่ามวลระดับนี้เกิด Higgs หรือไม่

แต่ล่าสุด นักวิทยาศาสตร์จากห้องแล็บของรัฐบาลสหรัฐสองแห่ง ค้นพบว่าช่วง 157-181 GeV มีความเป็นไปได้ 90% ที่จะไม่เจอ Higgs (ถ้าคิดให้แคบลงไปอีก ช่วง 160-170 มีความเป็นไปได้ 95% ที่จะไม่เจอ)

ส่วนพวกเราก็ได้แต่ลุ้นกันต่อไปว่า จะเจอ Higgs หรือไม่ (ถ้าเจอนี่ธรรมดาแต่ถ้าไม่เจอนี่มันส์)

ที่มา - Ars Technica