วันนี้ผมได้ลงชื่อเข้าร่วมเวิร์กช็อปสำหรับ Summer students เกี่ยวกับ Cloud chamber มาครับ

Cloud chamber คืออุปกรณ์การทดลองวิทยาศาสตร์อย่างหนึ่งที่สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีอนุภาคต่าง ๆ พุ่งลงมาจากชั้นบรรยากาศโลกจริง ๆ อันเป็นผลมาจากรังสีคอสมิก รังสีคอสมิกคืออนุภาคที่ล่องลอยไป ๆ มา ๆ ในจักรวาล และบางส่วนก็พุ่งลงมายังโลกของเรา เดชะบุญที่เรายังมีชั้นบรรยากาศโลกห่อหุ้มไว้ ทำให้รังสีคอสมิกทำอันตรกิริยากับอนุภาคในชั้นบรรยากาศโลก ก่อให้เกิดอนุภาคต่าง ๆ มากมาย เช่น มิวออน พายออน ฯลฯ

อะไรนะครับ ไม่รู้จักมิวออนกับพายออนเหรอครับ ไม่เป็นไรครับ ผมจะบอกสั้น ๆ ละกัน มิวออนคืออนุภาคมูลฐานชนิดหนึ่งในกลุ่มเลปตอน มีประจุลบเหมือนกับอิเล็กตรอนแต่หนักกว่ามาก ส่วนพายออน (หรือไพออนแล้วแต่อาจารย์ฟิสิกส์ท่านไหนจะเรียก) คืออนุภาคอีกชนิดหนึ่งที่ประกอบจากควาร์กสองตัว ซึ่งการประกอบกันของควาร์กสองตัวนี้ก็ขึ้นอยู่กับประจุของมันด้วย ควาร์กคืออนุภาคมูลฐานอีกกลุ่มซึ่งปัจจุบันนี้ค้นพบแล้วหกตัว คือ up, down, charm, strange, top และก็ bottom ง่าย ๆ ครับ

Cloud chamber คืออุปกรณ์ตรวจวัดทางเดินของอนุภาคมีประจุครับ หลักการของมันคือทำยังไงก็ได้ให้แอลกอฮอลล์ที่ระเหยออกมาจากอะไรสักอย่างด้านบนควบแน่นเป็นละอองและตกลงมายังข้างล่างให้เห็นเป็นหมอก วิธีหนึ่งที่เขาใช้กันในเวิร์กช็อปนี้คือเอาฟองน้ำชุบแอลกอฮอลล์ให้ชุ่ม และวางไว้ที่ก้นกล่องพลาสติกใส เสร็จแล้วพลิกกล่องให้ฟองน้ำอยู่ด้านบน และเอาแผ่นเหล็กสีดำสนิทวางปิด แล้วก็เอาน้ำแข็งแห้งเย็น ๆ รองไว้ข้างล่าง แอลกอฮอลล์จะระเหยออกจากฟองน้ำด้านบน และร่วงลงด้านล่าง พอเจอกับอากาศด้านล่างที่เย็นอยู่แล้วเนื่องจากน้ำแข็งแห้ง แอลกอฮอลล์ก็จะควบแน่นเป็นละอองให้เห็น ทีนี้เมื่อมีอนุภาคมีประจุวิ่งผ่านมา อนุภาคเหล่านั้นจะวิ่งผ่านกลุ่มหมอกของแอลกอฮอลล์ ทำให้ละอองแอลกอฮอลล์แตกตัวเป็นประจุ และละอองแอลกอฮอลล์รอบ ๆ จะควบแน่นจนเกิดลายที่เป็นเส้น ๆ ออกมา นั่นคือทางเดิน (track) ของอนุภาคครับ

ทางเดินของอนุภาคที่เคลื่อนที่ผ่านหมอกแอลกอฮอลล์จะสังเกตได้ยากหากเราไม่ปิดไฟห้องครับ วิธีสังเกตคือปิดไฟห้อง และเอาไฟฉายส่องบริเวณด้านล่างใกล้ ๆ กับแผ่นเหล็ก เพื่อให้เห็นหมอกแอลกอฮอลล์ ถ้าทำถูกต้อง เราจะเห็นหมอกอิเล็กตรอนเหมือนทะเลหมอกที่ภูเขาอะไรสักอย่างแถวภาคเหนือของไทยเลยครับ

ฟังดูเหมือนว่า Cloud chamber ที่เราสร้างหรูมาก แต่จริง ๆ แล้วเจ้าอุปกรณ์นี้ทำจากของสามัญประจำบ้านง่าย ๆ เองครับ (ยกเว้นแอลกอฮอลล์กับน้ำแข็งแห้ง) แต่ในนิทรรศการ Microcosm ของเซิร์น (ซึ่งบังเอิญก็ใกล้กับสถานที่ทำเวิร์กช็อปด้วย) มี Cloud chamber ที่ใหญ่ประมาณเครื่องถ่ายเอกสารสองเครื่องต่อกัน ตั้งอยู่ในนิทรรศการด้วยครับ

Microcosm คือนิทรรศการของเซิร์นที่เปิดให้เข้าชมได้ฟรี ข้างในจะบอกเล่าถึงการวิจัยเกี่ยวกับฟิสิกส์อนุภาค โดยเน้นการทดลองเร่งอนุภาคด้วยเครื่องเร่งอนุภาค LHC นิทรรศการนี้เปิดให้เข้าชมได้ฟรีครับ ดังนั้นใครที่มาเที่ยวเจนีวา ผมแนะนำให้มาที่นี่ด้วยนะครับ ไม่ใช่สักแต่ไปดู Jet d'Eau แล้วก็จบ เราควรหัดเรียนรู้อะไรใหม่ ๆ บ้างนะครับ

เครื่อง Cloud chamber ที่ตั้งอยู่ในนิทรรศการมีหลักการเดียวกันครับ คือ ให้มีละอองของแอลกอฮอลล์รวมตัวกันเป็นหมอกบนพื้นผิวสีดำ และให้อนุภาคมีประจุมาทำอันตรกิริยา ตัวเครื่องยังมีปุ่มให้เรากดเพื่อฉีดอนุภาคต่าง ๆ เข้าเครื่อง เช่นอนุภาคอัลฟา (นิวเคลียสของฮีเลียม) และอนุภาคบีตา (อิเล็กตรอนพลังงานสูง) เอาจริง ๆ ผมก็ไม่เข้าใจว่าจะเรียกว่าอัลฟากับบีตาทำไม ทำไมไม่บอกตรง ๆ ไปว่าเป็นนิวเคลียสของฮีเลียมกับอิเล็กตรอนก็จบแล้ว

นอกจากนี้เซิร์นยังมี live ถ่ายเครื่อง Cloud chamber ตัวนี้ผ่านเว็บด้วยนะครับ ซึ่งจะให้อารมณ์เหมือนกับ live นั่งดูสีแห้ง แต่อันนี้ประเทืองปัญญากว่ามากครับ ใครสนใจสามารถกดดูได้ที่ลิงก์นี้นะครับ