เครื่องเร่งแสง

ในโลกของฟิสิกส์พลังสูง ปรากฏการณ์ต่าง ๆ ที่เราเห็น มักจะดูเหมือนว่าเป็นปรากฏการณ์มายาที่ลวงตา หลอกใจเราทั้งสิ้น เช่น อนุภาคชนิดหนึ่งสามารถจำแลงแปลงตัว เป็นอนุภาคอีกชนิดหนึ่งได้ สุญญากาศสามารถให้กำเนิดอนุภาคได้ และในสภาวะที่เหมาะสม แสง และสสารสามารถเปลี่ยนรูปกลับไปกลับมาได้

ความสามารถในการเล่น "กล" ทำนองนี้ได้ชี้นำให้นักฟิสิกส์กลุ่มหนึ่ง มองเห็นหนทางที่จะสร้างสสารชนิดใหม่ ขึ้นโดยเขาจะบังคับให้ลำแสง ที่มีพลังงานสูงพุ่งเข้าชนกัน นักฟิสิกส์คาดคิดว่าการชนกัน เช่นนี้จะทำให้เราได้อนุภาคประหลาด เช่น ควาร์ก อิเล็กตรอน อนุภาค W หรือ แม้กระทั่ง Higgs ที่ยังไม่มีมนุษย์ใดเห็นมาก่อนได้ และการได้ศึกษาสมบัติของอนุภาคเหล่านี้ จะช่วยให้เราสามารถตัดสินความถูก หรือความผิดของทฤษฎีต่าง ๆ ได้หมด

เมื่อประมาณ 300 ปีมาแล้ว Isaac Newton นักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียงที่สุดของอังกฤษ ได้เคยคิดว่าแสงแสดงพฤติกรรมเสมือนว่า มันเป็นอนุภาคเล็ก แต่ในตอนต้นคริสต์ศตวรรษที่ 19 Thomas Young และ Augustus Fresnel ได้พิสูจน์ให้โลกเห็นว่า แสงมีพฤติกรรมเสมือนว่ามันเป็นคลื่น ครั้นเมื่อถึงตอนต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 นี้เอง นักวิทยาศาสตร์ทุกคนก็ประจักษ์ แจ้งว่า แสงแสดงพฤติกรรมเป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาค แต่ความสามารถในการเป็นนกสองหัว ปลาสองน้ำได้นั้น แสงมิได้แสดงออกมาในเวลาเดียวกัน

อนุภาคแสงหรือที่นักฟิสิกส์เรียกว่า photon นั้น เมื่อพุ่งเข้าปะทะอนุภาคอื่น มันจะเปลี่ยนสมบัติการเคลื่อนที่ของอนุภาคนั้น และตัวมันเอง ดังนั้นการศึกษาเหตุการณ์ชนกันระหว่าง photon กับอนุภาคจะช่วยให้เราเข้าใจโครงสร้างของอนุภาค และแสงได้เป็นอย่างดี

ในความเข้าใจเดิม อนุภาคแสงหรือ photon มิได้มีโครงสร้างภายในใด ๆ แต่ดังที่ได้กล่าวมาแล้วว่า แสงสามารถแสดงพฤติกรรมเป็นอนุภาคได้ ดังนั้นการชนกันของแสง จึงเปรียบได้กับการชนกันของอนุภาค photon นักฟิสิกส์คาดหวังว่า เราจะได้สสารชนิดใหม่ จากเหตุการณ์ชนกันเช่นนี้

ขั้นตอนแรกของการทำฝันให้เป็นจริง คือ เราต้องสร้างเครื่องเร่งแสงให้มีพลังงานมหาศาล M. Peskin แห่งมหาวิทยาลัย Stanford ในสหรัฐอเมริกา คิดจะปล่อยแสงเลเซอร์เข้าปะทะกระแสอิเล็กตรอน อนุภาค photon ของแสงเลเซอร์บางตัว สามารถจะดูดรับพลังงานของอิเล็กตรอนได้ถึง 90% หากมันทำได้เช่นนี้จริง มันจะมีพลังงานสูงกว่าเดิมถึงพันล้านเท่า จากนั้น อนุภาค photon พลังงานสูงที่เกิดขึ้นนี้ จะถูกบังคับให้พุ่งเข้าชนกันเอง photon จะหลอมรวมกันเป็นอนุภาคชนิดใหม่ เป็นสสารใหม่และหากสวรรค์โปรด เราได้อนุภาค Higgs มา เราก็จะสามารถตอบคำถามพื้นฐาน ที่สำคัญมากที่สุดคำถามหนึ่งของวิชาฟิสิกส์ได้ว่า เหตุใดอนุภาคต่าง ๆ จึงต้องมีน้ำหนักตางกัน

ทุกวันนี้อุปกรณ์เร่ง photon ยังไม่มีในโลก เพราะเรายังไม่มีอุปกรณ์สร้างแสงเลเซอร์ที่เสถียร และมีพลังงานสูง ปัญหาเรื่องงบประมาณการสร้าง ก็เป็นปัญหาใหญ่อีกปัญหาหนึ่ง ดังนั้นโครงสร้างเครื่องเร่งแสงที่กล่าวมานี้ ขณะนี้จึงมีสภาพเป็นโครงการฝัน

แต่ถึงกระนั้นนักฟิสิกส์ทั้งหลาย ซึ่งชินกับการตั้งความหวัง(ทั้งลมและแล้ง) ที่จะได้มีโอกาสศึกษาธรรมชาติทุกรูปแบบ ก็สวดมนต์ภาวนาว่า ทันทีที่สมาชิกรัฐสภาของสหรัฐฯได้เห็นปรากฏการณ์แสง + แสง = สสาร เขาก็จะอนุมัติเงินงบประมาณสร้างเครื่องเร่งแสงทันที

---

ที่มา : ดร.สุทัศน์ ยกส้าน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)