Embedded Files
บทเรียนออนไลน์
สรุปเนื้อหาในหัวข้อ ฟิสิกส์อนุภาค
จุดเริ่มต้นของฟิสิกส์อนุภาค
จุดเริ่มต้นของฟิสิกส์อนุภาค
นักฟิสิกส์ได้แบบจำลองภายในนิวเคลียสของอะตอม ประกอบไปด้วย นิวตรอน และโปรตอน โดยมีอิเล็กตรอนที่มีมวลน้อยกว่ามากเคลื่อนที่อยู่รอบ ๆ นิวเคลียส
รูปแบบจำลองอะตอมในช่วงปีต่าง ๆ
ทวิภาวะของคลื่นและอนุภาค
ทวิภาวะของคลื่นและอนุภาค
ความพยายามในการแก้ปัญหาความไม่สอดคล้องกันของพฤติกรรมและอันตรกิริยาของอนุภาคต่าง ๆ ที่ถูกค้นพบและปรากฏการณ์ธรรมชาติในระดับเล็ก ๆ ด้วยฟิสิกส์แบบฉบับ นำไปสู่การนำเสนอแนวคิดว่าแสงประพฤติตัวเป็นอนุภาค โดยไอน์สไตน์ ซึ่งต่อมาได้เรียกอนุภาคของแสงนี้ว่า โฟตอน (photon) เขียนแทนด้วยตัวอักษรกรีก γ (แกมมา) ส่งผลให้เดอ เบรย นำเสนอแนวคิดว่า อนุภาคสามารถแสดงสมบัติของคลื่นได้เช่นกัน การที่แสงสามารถแสดงสมบัติทั้งของคลื่นและอนุภาคนี้เรียกว่า ทวิภาวะของคลื่นและอนุภาค (wave-particle duality)
รูป (ซ้าย) พลังค์ (กลาง) ไอน์สไตน์ และ (ขวา) เดอ เบรย
ปฏิยานุภาค
ปฏิยานุภาค
ดิแรก ได้เสนอว่า ในธรรมชาติ มีอนุภาคที่มีสมบัติเหมือนกับอิเล็กตรอนทุกประการ แต่มีประจุตรงกันข้ามอยู่และต่อมาไม่นาน อนุภาคนั้นได้รับการค้นพบด้วยอุปกรณ์ตรวจวัดอนุภาคแบบห้องหมอก โดย แอนเดอร์สัน อนุภาคดังกล่าว มีชื่อเรียกภายหลังว่า โพซิตรอน (positron) เขียนแทนด้วย e+ ปัจจุบัน พบว่า อนุภาคทุกชนิดมี ปฏิยานุภาค (antiparticle) ที่มีสมบัติเหมือนกันทุกประการ ยกเว้นประจุไฟฟ้า ที่เป็นชนิดตรงกันข้าม
รูป (ซ้าย) ดิแรก (กลาง) แอนเดอร์สัน และ (ขวา) ภาพถ่ายรอยทางของโพซิตอนในห้องหมอก
ไพออนกับแรงยึดเหนี่ยวระหว่างนิวคลีออน
ไพออนกับแรงยึดเหนี่ยวระหว่างนิวคลีออน
ยุกะวะ ได้เสนอทฤษฎีเกี่ยวกับแรงที่ทำให้อนุภาคในนิวเคลียสยึดเหนี่ยวกัน โดยเรียกอนุภาคของแรงดังกล่าวว่า มีซอน (meson) ต่อมา ได้มีการตรวจพบอนุภาคที่มีสมบัติใกล้เคียงตามที่ยุกะวะอธิบายไว้โดยบังเอิญ จากการศึกษารังสีคอสมิก (cosmic rays) แต่ภายหลัง พบว่า อนุภาคที่ตรวจพบนั้น มีสมบัติไม่ตรงกับอนุภาคที่ยุกะวะได้นำเสนอไว้แต่อย่างใด ภายหลังได้ให้ชื่ออนุภาคที่ค้นพบดังกล่าวว่า มิวออน (muon) และ หลังจากนั้นไม่นาน ได้มีการค้นพบอนุภาคที่ยุกะวะได้เคยเสนอไว้ อนุภาคชนิดใหม่นี้ ต่อมาได้รับการให้ชื่อ เรียกว่า ไพออน (pion) และนักฟิสิกส์ได้จัดไพออนไปอยู่ในหมวดหมู่ของอนุภาคมีซอน
รูป (ซ้าย) ยุกะวะ (กลาง) ภาพแสดงแนวคิดเกี่ยวกับอนุภาคสื่อแรงในนิวเคลียส และ (ขวา) ภาพแสดงการเกิดสายฝนของอนุภาคจากรังสีคอสมิก
นิวทริโน
นิวทริโน
เพาลี ได้เสนอว่า น่าจะมีอนุภาคชนิดใหม่ ที่นำพลังงานส่วนหนึ่งในกระบวนการสลายให้อนุภาคบีตาออกไป ทำให้กระบวนการดังกล่าวไม่เป็นไปตาม กฎการอนุรักษ์พลังงาน ซึ่งแฟร์มีได้ให้ชื่ออนุภาคชนิดใหม่ดังกล่าวว่า นิวทริโน (neutrino) (ในภาษาอิตาเลียน นิวตริโน แปลว่า ตัวเล็กที่เป็นกลาง) เขียนแทนด้วยตัวอักษร
กรีก υ (นิว) และให้ปฏิยานุภาคของนิวทริโนมีชื่อเรียกว่าแอนตินิวทริโน (anti-neutrino) ซึ่งต่อมานิวทริโนและแอนตินิวทริโนได้รับการค้นพบเป็นครั้งแรก โดยโควานและไรนส์
รูป (ซ้าย) เพาลี(กลาง) แฟร์มี และ (ขวา) ไรนส์กับโควาน
อนุภาคประหลาด
อนุภาคประหลาด
ในช่วงระหว่างปี ค.ศ. 1947 – 1960 นักฟิสิกส์จากทั่วโลกได้ค้นพบอนุภาคหลายอนุภาคที่ไม่เคยได้รับการทำนายไว้ในทางทฤษฎี เช่น อนุภาคเคออน ซิกมา ฟาย ไซ เดลตา และ แลมบ์ดา อนุภาคเหล่านี้ ถูกจัดให้อยู่ในกลุ่ม อนุภาคประหลาด (strange particles) สาเหตุเพราะ ไม่เคยมีใครคาดเดาเกี่ยวกับการมีอยู่ของอนุภาคเหล่านี้มาก่อน อีกทั้ง กระบวนการเกิดและสลายของอนุภาคเหล่านี้ เป็นไปอย่างผิดแผกจากอนุภาคอื่น ๆ (อนุภาคเหล่านี้เกิดขึ้นเป็นจำนวนมาก ในเวลาอันสั้น ระดับ 10-23 วินาที แต่ว่า มีการสลายค่อนข้างช้า ประมาณ 10-10 วินาที)
รูป รอยทางของอนุภาคเคออนในเครื่องตรวจวัดอนุภาคและแผนภาพแสดงการวิเคราะห์ชนิดของอนุภาคตามรอยทางที่บันทึกไว้
ควาร์ก
ควาร์ก
เกลล์-มานน์ ได้เสนอวิธีการที่ชื่อว่า แปดหนทาง (Eightfold Way) ในการจัดจำแนกอนุภาคต่าง ๆ ที่ค้นพบ ซึ่งความสำเร็จของวิธีการดังกล่าว นำไปสู่การค้นพบว่า โปรตอนและนิวตรอน มีองค์ประกอบที่เล็กกว่าอยู่ข้างใน เกลล์-มานน์ให้ชื่อเรียกว่า ควาร์ก (quark) โดยโปรตอนประกอบด้วยควาร์ก 3 อนุภาค ได้แก่ ควาร์กอัพ (up quark) 2 อนุภาค และ ควาร์กดาวน์ (down quark) 1 อนุภาค ส่วนนิวตรอนประกอบด้วยควาร์ก 3 อนุภาคเช่นกัน ได้แก่ ควาร์กอัพ 1 อนุภาค และ ควาร์กดาวน์ 2 อนุภาค
รูป (ซ้าย) เกลล์-มานน์ (กลาง) กลุ่มอนุภาคที่จัดตามวิธีแปดหนทาง และ (ขวา) กลุ่มอนุภาคที่มีการระบุควาร์กซึ่งเป็นองค์ประกอบภายใน
แบบจำลองมาตรฐาน
แบบจำลองมาตรฐาน
แบบจำลองมาตรฐาน (The Standard Model) เป็นทฤษฎีที่สามารถใช้อธิบายผลการทดลอง ทำนายปรากฏการณ์ พฤติกรรม และอันตรกิริยาที่มีต่อกันของอนุภาคนับร้อยตัวที่นักฟิสิกส์ได้ค้นพบในระดับพื้นฐานได้อย่างถูกต้องและแม่นยำ โดยมีการจัดจำแนกอนุภาคมูลฐานที่นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบทั้งหมดตั้งแต่ในอดีตจนถึงปัจจุบัน ออกเป็น 3 กลุ่ม ได้แก่ อนุภาคสสารซึ่งประกอบ กลุ่มอนุภาคย่อย 2 กลุ่ม ได้แก่ เลปตอน (leptons) และ ควาร์ก (quarks) อนุภาคสื่อแรง (force carriers) และ ฮิกส์โบซอน (Higgs boson) ซึ่งมีมวลและประจุต่าง ๆ กัน ดังแสดงในรูปด้านขวามือ
รูป การจัดจำแนกอนุภาคมูลฐานในแบบจำลองมาตรฐาน
ผังมโนทัศน์ อนุภาคมูลฐาน
Page updated
Report abuse