จุดประสงค์การเรียนรู้
ระบุชนิด และ ความสำคัญของอนุภาคที่เป็นองค์ประกอบพื้นฐานของเอกภพ
มนุษย์พยายามศึกษาและตั้งคำถามเกี่ยวกับองค์ประกอบพื้นฐานของสสารมาตั้งแต่สมัยกรีกโบราณ มีการบันทึกไว้ว่าในปี 460 ก่อนคริสตกาล นักปรัชญาชาวกรีกชื่อ ดิโมคริตุส ได้ตั้งคำถามว่า ถ้าหากเราแบ่งสสารให้เล็กลงไปเรื่อย ๆ จะสามารถแบ่งได้กี่ครั้ง และองค์ประกอบที่เล็กที่สุดของสสารนั้นจะเป็นอย่างไร เขาได้ให้ชื่อองค์ประกอบที่เล็กที่สุดของสสารว่า อะตอม (atom) ซึ่งเป็นภาษากรีกแปลว่า สิ่งที่ไม่สามารถตัดแบ่งได้อีกแล้ว
รูป 1.1 ภาพร่างดิโมคริตุสนักปรัชญาชาวกรีก เป็นผู้เริ่มเรียกส่วนที่แบ่งแยกไม่ได้อีกแล้วของสสารว่า อะตอม
ในปี ค.ศ.1803 มีนักเคมีชาวอังกฤษชื่อดอลตัน (John Dalton) ได้เสนอว่าธาตุต่าง ๆ ประกอบด้วยอะตอมที่มีรูปร่าง มวล และสมบัติต่าง ๆ เฉพาะสำหรับธาตุแต่ละชนิด โดยที่อะตอมไม่สามารถถูกแบ่งให้เล็กลงไปได้อีก ไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่ หรือทำลายให้สิ้นสูญไปได้ และการเกิดปฏิกิริยาเคมีคือการรวม แยก หรือ การจัดเรียงใหม่ของอะตอมของธาตุแต่ละชนิด จากนั้น ในปี ค.ศ.1897 ทอมสัน (Joseph John Thomson) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษได้ทำการทดลองและพบว่าอะตอมมีองค์ประกอบภายในเป็นอนุภาคที่มีประจุลบ ต่อมาภายหลังอนุภาคดังกล่าวได้รับการเรียกชื่อว่า อิเล็กตรอน (electron) จากนั้น จึงเป็นการเริ่มเปิดยุคแห่งการค้นคว้าวิจัยของสาขาฟิสิกส์อนุภาค ในการค้นหาคำตอบเชิงวิทยาศาสตร์ว่า สสารที่อยู่รอบตัวเรานั้น มีองค์ประกอบพื้นฐานเป็นอะไร
เรื่องราวต่อไปนี้ เป็นฉบับย่อของประวัติความเป็นมาในความพยายามของมนุษย์เพื่อการหาคำตอบของคำถามที่ว่า “สสารรอบตัวเรา ประกอบขึ้นจากอะไร” โดยได้แบ่งช่วงเวลาตามความโดดเด่นของการค้นพบอนุภาคแต่ละชนิดดังต่อไปนี้
1.1 จุดเริ่มต้นของฟิสิกส์อนุภาค
หลังจากที่ เจ. เจ. ทอมสัน (J.J. Thompson) ได้ค้นพบอิเล็กตรอน ทำให้เกิดความพยายามในการจินตนาการถึงองค์ประกอบพื้นฐานของสสาร หรือ อะตอม ว่า ควรมีลักษณะอย่างไร โครงสร้างที่ชัดเจนของอะตอมได้เผยให้เห็นเรื่อย ๆ จากผลการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ในเวลาต่อมา ยกตัวอย่างเช่น การอธิบายการกระเจิงของอนุภาค (scattering experiment) ของรัทเทอร์ฟอร์ด (Ernest Rutherford) ที่ได้พิสูจน์ให้เห็นว่า ส่วนที่เป็นประจุบวกและมีมวลเกือบทั้งหมดของอะตอมรวมกระจุกกันอยู่บริเวณศูนย์กลางของอะตอม เรียกว่า นิวเคลียส (nucleus) และจากการทดลองของแชดวิก (James Chadwick) ทำให้มีการยืนยันการค้นพบ นิวตรอน (neutron) ซึ่งเป็นอนุภาคอีกชนิดหนึ่งที่อยู่ในนิวเคลียส จนในที่สุด นักฟิสิกส์ได้ข้อสรุปเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมที่ค่อนข้างชัดเจนว่า ภายในนิวเคลียสของอะตอม ประกอบไปด้วย นิวตรอน และโปรตอน (proton) ส่วนรอบ ๆ นิวเคลียส มีอิเล็กตรอนที่มีมวลน้อยกว่ามาก เคลื่อนที่อยู่ ในช่วงเวลานี้ นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่า นิวตรอน โปรตอน และ อิเล็กตรอน เป็นอนุภาคมูลฐานที่ไม่สามารถแบ่งแยกออกเป็นองค์ประกอบย่อยได้อีก
รูป 1.2 แบบจำลองอะตอมในปีต่าง ๆ