บทเรียนออนไลน์
เรื่อง ฟิสิกส์อนุภาค และ เซิร์นกับงานวิจัย

2.3 เครื่องตรวจวัดอนุภาค

                 เครื่องตรวจวัดอนุภาคที่นักฟิสิกส์ใช้ในการค้นพบอนุภาคในช่วงแรก ๆ คือ เครื่องตรวจวัดอนุภาคแบบห้องหมอก หรือ ห้องหมอก (cloud chamber) ซึ่งได้รับการคิดค้นขึ้นในปี ค.ศ. 1911 โดย ชาลส์ ทอมสัน รีส์ วิลสัน (Charles Thomson Rees Wilson) นักฟิสิกส์ชาวสกอตแลนด์ มีหลักการทำงานคือ การทำให้ไอน้ำในภาชนะปิดอยู่ในสภาวะที่ใกล้จุดอิ่มตัวและใช้การขยายขนาดของภาชนะให้มีปริมาตรมากขึ้น และเมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านไอน้ำในสภาวะดังกล่าว จะทำให้ไอน้ำควบแน่นเป็นหยดน้ำ เกาะตามเส้นทางที่อนุภาคเคลื่อนที่ผ่าน เกิดเป็นรอยทางการเคลื่อนที่ที่สามารถสังเกตและบันทึกภาพเพื่อนำไปวิเคราะห์ได้ 

               ในเวลาต่อมา ห้องหมอกที่คิดค้นโดยวิลสันได้รับการพัฒนาเป็น ห้องหมอกแบบแพร่กระจาย (diffusion cloud chamber) โดยเปลี่ยนจากการใช้ไอน้ำที่ใกล้จุดอิ่มตัว เป็นไอแอลกอฮอล์ที่ใกล้จุดอิ่มตัว และใช้น้ำแข็งแห้งในการลดอุณหภูมิ ดังตัวอย่างที่ได้นำเสนอใน กิจกรรมเสนอแนะ หัวข้อฟิสิกส์อนุภาค

               เครื่องตรวจวัดอนุภาคแบบห้องหมอกได้นำไปสู่การค้นพบอนุภาคใหม่ ๆ เช่น โพซิตรอน มิวออน เคออน เป็นต้น

                 ในช่วงปี ค.ศ. 1960 - 1970 เมื่อเทคโนโลยีด้านอิเล็กทรอนิกส์มีการพัฒนามากขึ้น ได้มีการนำระบบอิเล็กทรอนิกส์มาใช้บันทึกรอยทางของอนุภาค โดยเริ่มจากการพัฒนาเครื่องตรวจวัดอนุภาคแบบ Spark Chamber ที่ใช้ความต่างศักย์ไฟฟ้าในการทำให้เกิดประกายไฟตามรอยทางการเคลื่อนที่ของอนุภาค แล้วบันทึกผลที่เกิดขึ้นด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ จากนั้น ในปี ค.ศ. 1968 จอร์ช ชาร์ปัก (Georges Charpak)  นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสที่ทำงานค้นคว้าวิจัยที่เซิร์นได้คิดค้นเครื่องตรวจวัดอนุภาคแบบ Multi Wire Proportional Chamber หรือ MWPC ซึ่งมีส่วนประกอบสำคัญคือ แผ่นตัวนำขนานกันสองแผ่นที่มีเส้นลวดจำนวนมากและแก๊สเฉื่อย เช่น แก๊สอาร์กอน บรรจุอยู่ระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสอง เมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านแก๊สเฉื่อย จะทำให้โมเลกุลของแก๊สแตกตัวเป็นไอออน และอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาจะลอยเลื่อน (drift) ไปตามทิศทางของสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจากแผ่นตัวนำและเส้นลวด จนไปถึงเส้นลวดรับสัญญาณที่ใกล้ที่สุด ทำให้เกิดการบันทึกเป็นตำแหน่งการเคลื่อนที่ของอนุภาคด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ข้อดีของ MWPC คือ สามารถใช้ตรวจวัดอนุภาคที่มีความเร็วสูงได้ดี ซึ่งต่อมา เครื่องตรวจวัดอนุภาคแบบ MWPC ได้รับการพัฒนาต่อยอดเป็นแบบ Drift Chamber ที่สามารถตรวจวัดตำแหน่งของอนุภาคได้แม่นยำมากขึ้น และสามารถแสดงผลในรูปแบบสามมิติได้ ดังตัวอย่างในรูป 2.12

                เครื่องตรวจวัดอนุภาคแบบ Drift Chamber เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ค้นพบซีโบซอนและ ดับเบิลยูโบซอน