តើ Large Hadron Collider (LHC) របស់ CERN ជាអ្វី? ហេតុអ្វីបានជាវាល្បីជុំវិញពិភពលោក?
ម៉ាស៊ីនបុះទង្គិចភាគល្អិតធំ និងមានឥទ្ធិពលបំផុតដែលមនុស្សជាតិធ្លាប់បង្កើត — ដំណើរការ ការរកឃើញ Higgs boson និងមូលហេតុនៃភាពល្បី ផ្អែកលើប្រភពផ្លូវការ CERN។
Aទិដ្ឋភាពទូទៅ
Large Hadron Collider (LHC) គឺជាម៉ាស៊ីនបុះទង្គិចភាគល្អិត (particle accelerator) ធំ និងមានថាមពលខ្លាំងបំផុតដែលមនុស្សជាតិធ្លាប់សាងសង់។ វាដំណើរការដោយ CERN (អង្គការស្រាវជ្រាវនុយក្លេអ៊ែរអឺរ៉ុប) ក្នុងឧបុមង្គរាងចង្វង់ ប្រវែងប្រហែល ២៧ គីឡូម៉ែត្រ ជម្រៅ ១០០ ម៉ែត្រក្រោមដី ជាប់ព្រំដែនប្រទេសបារាំង និងស្វីស ជិតទីក្រុងហ្សឺណែវ។
ក្នុង LHC ក្រុមប្រូតុង (protons) ត្រូវបានបង្កើនល្បឿនដល់ជិត ល្បឿនពន្លឺ (៩៩,៩៩៩៩៩៩១%) រួចបញ្ជូនឱ្យទង្គិចគ្នាទល់មុខនៅចំណុចជាក់លាក់ ៤ កន្លែងជុំវិញឧបុមង្គ ដែលមានឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាធំៗដាក់នៅទីនោះ។ ការទង្គិចនីមួយៗបំបែកប្រូតុងឱ្យទៅជាភាគល្អិតសាមញ្ញជាងទៀត ជួយឱ្យអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រសិក្សាឃើញច្បាប់មូលដ្ឋានបំផុតដែលគ្រប់គ្រងសាកលលោក។
ចាប់តាំងពី CERN ប្រកាសរកឃើញ Higgs boson នៅថ្ងៃទី ៤ ខែកក្កដា ឆ្នាំ ២០១២ មក LHC បានក្លាយជាឈ្មោះដែលមនុស្សជាច្រើននៅក្រៅរង្វង់វិទ្យាសាស្ត្រស្គាល់ផងដែរ — ទាំងព្រោះទំហំ និងវិស្វកម្មដ៏អស្ចារ្យរបស់វា ទាំងព្រោះរឿងព្រេងក្លែងក្លាយអំពី «រណ្តៅខ្មៅ» ដែលរីករាលដាលមុនពេលបើកដំណើរការ ហើយទាំងព្រោះលទ្ធផលវិទ្យាសាស្ត្រពិតប្រាកដដែលវារកបាន។
ព័ត៌មានសង្ខេប
- ឈ្មោះ
- Large Hadron Collider (LHC)
- ប្រតិបត្តិករ
- CERN — អង្គការស្រាវជ្រាវនុយក្លេអ៊ែរអឺរ៉ុប
- ទីតាំង
- ជម្រៅ ១០០ ម៉ែត្រក្រោមដី ជាប់ព្រំដែនបារាំង-ស្វីស ជិតហ្សឺណែវ
- បើកបញ្ជូនប្រូតុងដំបូង
- ១០ កញ្ញា ២០០៨
- ប្រវែងរង្វង់
- ២៦ ៦៥៩ ម៉ែត្រ (~២៧ គ.ម)
- ថាមពលបុះទង្គិចអតិបរមា
- ១៣,៦ TeV (Run 3, ២០២២–បច្ចុប្បន្ន)
- សីតុណ្ហភាពមេដែក
- ១,៩ K (−២៧១,៣°C) — ត្រជាក់ជាងអវកាស
- ប្រភពផ្លូវការ
- home.cern/large-hadron-collider
Bហេតុអ្វីល្បី?
មិនមែនគ្រប់ឧបករណ៍វិទ្យាសាស្ត្រសុទ្ធតែក្លាយជាឈ្មោះគេស្គាល់ជុំវិញពិភពលោកនោះទេ។ ចំពោះ LHC មានហេតុផលចម្បង ៤ ដែលធ្វើឱ្យវាល្បីលើសពីសហគមន៍រូបវិទូ៖
មុនពេលបើកដំណើរការឆ្នាំ ២០០៨ ព័ត៌មានក្លែងក្លាយអំពី «រណ្តៅខ្មៅដែលលេបផែនដី» បានផ្សព្វផ្សាយយ៉ាងខ្លាំងលើប្រព័ន្ធផ្សព្វផ្សាយ ធ្វើឱ្យ LHC ក្លាយជាឈ្មោះដែលមនុស្សសាមញ្ញនិយាយគ្នា មុនពេលវាបញ្ជូនប្រូតុងបំរួតមួយផង។
ការរកឃើញ Higgs boson នៅឆ្នាំ ២០១២ បានបំពេញចន្លោះចុងក្រោយក្នុង Standard Model — ទ្រឹស្តីដ៏ជោគជ័យបំផុតមួយក្នុងប្រវត្តិសាស្ត្រនៃរូបវិទ្យា — ហើយនាំឱ្យលោក Peter Higgs និង François Englert ឈ្នះរង្វាន់ណូបែល រូបវិទ្យា ឆ្នាំ ២០១៣។
ជាម៉ាស៊ីនត្រជាក់បំផុតមួយក្នុងសាកលលោក (១,៩ K) ដែលមានមេដែកទំនាញរាប់ពាន់ដុំ ប្រព័ន្ធកុំព្យូទ័រដ៏ធំសម្បើម និងភាពត្រឹមត្រូវកម្រិតណាណូ — គម្រោងវិស្វកម្មធំបំផុតមួយដែលមនុស្សធ្លាប់សាងសង់។
អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រជាង ១០ ពាន់នាក់ ពីជាង ១០០ ប្រទេស សហការគ្នាលើ LHC — ជាឧទាហរណ៍កម្រនៃការរួបរួមអន្តរជាតិដើម្បីចម្លើយសំណួរមូលដ្ឋានបំផុតរបស់មនុស្សជាតិ។
Cរបៀបដំណើរការ
ជាគោលការណ៍ LHC ធ្វើការងារ ៣ ជំហាន៖ បង្កើនល្បឿនប្រូតុងជាស្ទ្រីមពីរឱ្យជិតល្បឿនពន្លឺក្នុងបំពង់ទំពក់ពីរដាច់ដោយឡែក ដឹកនាំស្ទ្រីមទាំងពីរឱ្យប្រសព្វគ្នានៅ ៤ ចំណុច ដោយប្រើមេដែកទំនាញយ៉ាងខ្លាំង រួច ថត និងវិភាគលទ្ធផលទង្គិចដោយឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាធំៗ។
មុននឹងចូល LHC ខ្លួនឯង ប្រូតុងឆ្លងកាត់ខ្សែសង្វាក់ម៉ាស៊ីនតូចៗជាច្រើនរបស់ CERN (Linac, Booster, PS, SPS) ដែលនីមួយៗបន្តបង្កើនល្បឿនបន្តិចម្តងៗ មុននឹងចាក់បញ្ចូលទៅក្នុងឧបុមង្គធំចុងក្រោយ។ ក្នុង LHC ខ្លួនឯង ស្ទ្រីមប្រូតុងវិលជុំវិញឧបុមង្គរាប់សែនដងក្នុងមួយវិនាទី មុនពេលអ្នកវិទ្យាសាស្ត្របញ្ជូនឱ្យទង្គិចគ្នា — ដែលបង្កើតការទង្គិចប្រហែល ៦០០ លានដងក្នុងមួយវិនាទីនៅចំណុចដែលមានកម្រិតថាមពលពេញលេញ។
ការទង្គិចនីមួយៗអាចបង្កើតភាគល្អិតថ្មីៗដែលរស់នៅត្រឹមប្រភាគនៃវិនាទីប៉ុណ្ណោះ មុននឹងបំបែកខ្លួនទៅជាភាគល្អិតផ្សេងទៀត — ដូច្នេះឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាត្រូវថតកត់ត្រាព័ត៌មានលឿនខ្លាំង ដោយកម្រិតត្រឹមត្រូវពេលវេលាត្រឹមប៊ីលានវិនាទី និងទីតាំងត្រឹមមីលានម៉ែត្រ។
A Toroidal LHC ApparatuS — ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាធំបំផុតរបស់ LHC ស្វែងរកភាគល្អិតថ្មីគ្រប់ប្រភេទ — មួយក្នុងចំណោមពីរក្រុមដែលបានប្រកាសរកឃើញ Higgs boson ដោយឯករាជ្យពីគ្នា។
Compact Muon Solenoid — មានរចនាសម្ព័ន្ធខុសពី ATLAS ទាំងស្រុង ប៉ុន្តែស្វែងរកលទ្ធផលដូចគ្នា — ជាការត្រួតពិនិត្យឯករាជ្យដ៏សំខាន់ដែលធ្វើឱ្យការរកឃើញ Higgs គួរឱ្យទុកចិត្ត។
A Large Ion Collider Experiment — ប្រើការទង្គិចអាតូមសំណ (lead ions) ដើម្បីបង្កើតសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ជាងចិត្តព្រះអាទិត្យរាប់ម៉ឺនដង — ស្រដៀងស្ថានភាពសាកលលោកប្រភាគវិនាទីបន្ទាប់ពី Big Bang។
LHC-beauty — សិក្សាក្វាក beauty ដើម្បីយល់ថាហេតុអ្វីសាកលលោកមានសារធាតុ (matter) ច្រើនជាងសារធាតុប្រឆាំង (antimatter) ខណៈទាំងពីរគួរតែមានចំនួនស្មើគ្នាតាំងពី Big Bang។
Dការរកឃើញ Higgs boson
ឆ្នាំ ១៩៦៤ អ្នកទ្រឹស្តីជាច្រើននាក់ ក្នុងនោះមាន Peter Higgs និង François Englert ព្រមទាំង Robert Brout បានស្នើគំនិតអំពីវាល (field) មួយដែលពាសពេញសាកលលោក ហើយផ្តល់ម៉ាស់ឱ្យភាគល្អិតមូលដ្ឋាន។ ភាគល្អិតកាន់តែមានប្រតិកម្មខ្លាំងជាមួយវាលនេះ (ហៅថា Higgs field) ភាគល្អិតនោះកាន់តែមានម៉ាស់ធ្ងន់ ខណៈ photon មិនមានប្រតិកម្មសោះ ដូច្នេះនៅតែគ្មានម៉ាស់។ ប៉ុន្តែទ្រឹស្តីនេះទាមទារឱ្យមានភាគល្អិតមួយប្រភេទ — Higgs boson — ជាភស្តុតាងផ្ទាល់ ហើយភាគល្អិតនេះមិនធ្លាប់មានអ្នកណាឃើញផ្ទាល់ភ្នែកអស់រយៈពេលជិត ៥០ ឆ្នាំ។
ថ្ងៃទី ៤ ខែកក្កដា ឆ្នាំ ២០១២ ក្រុម ATLAS និង CMS បានប្រកាសដាច់ដោយឡែកពីគ្នា ថារកឃើញភាគល្អិតថ្មីមួយដែលមានលក្ខណៈស្របនឹង Higgs boson ដោយមានម៉ាស់ប្រហែល ១២៥ GeV ហើយភស្តុតាងឈានដល់កម្រិតទំនុកចិត្តស្ថិតិ «៥ ស៊ីក្មា» (sigma) — ស្តង់ដារខ្ពស់បំផុតដែលរូបវិទូរូបភាគល្អិតទាមទារមុននឹងអះអាងថា «រកឃើញ»។ ការដែលក្រុមទាំងពីរប្រើឧបករណ៍ខុសគ្នាទាំងស្រុង ប៉ុន្តែបានលទ្ធផលដូចគ្នា ធ្វើឱ្យលទ្ធផលនេះគួរឱ្យទុកចិត្តខ្លាំង។
ការរកឃើញនេះបំពេញចន្លោះចុងក្រោយក្នុង Standard Model — ទ្រឹស្តីដែលពិពណ៌នាភាគល្អិតមូលដ្ឋាន និងកម្លាំងទាំង ៣ (លើកលែងទំនាញ) ដែលបង្កើតជាអ្វីៗសព្វថ្ងៃ។ ចាប់តាំងពីនោះមក អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រនៅតែបន្តវាស់លក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ Higgs boson ដោយភាពត្រឹមត្រូវខ្ពស់ជាងមុន ដើម្បីស្វែងរកសញ្ញានៃរូបវិទ្យាថ្មីដែលនៅហួសពី Standard Model។
Eវិស្វកម្ម និងមាត្រដ្ឋាន
ដើម្បីរក្សាប្រូតុងឱ្យធ្វើដំណើរតាមផ្លូវកោងនៅល្បឿនជិតពន្លឺ LHC ត្រូវការមេដែកទំនាញ (dipole magnets) ជាង ៩ ពាន់ដុំ ក្នុងនោះមានមេដែកចម្បង ១ ២៣២ ដុំ ដែលសុទ្ធតែជាមេដែក supraconducting — សម្ភារៈដែលបន្ថយភាពទប់ទល់អគ្គិសនីដល់សូន្យទាំងស្រុងនៅសីតុណ្ហភាពទាបខ្លាំង។ ដើម្បីឱ្យមេដែកទាំងនេះដំណើរការ ពួកវាត្រូវធ្វើឱ្យត្រជាក់ដល់ ១,៩ K (−២៧១,៣°C) ដោយប្រើ helium រាវទឹក (superfluid helium) — ត្រជាក់ជាងសីតុណ្ហភាពសេសសល់របស់អវកាសទទេខ្លួនឯង (២,៧ K)។
ប្រព័ន្ធសម្ងួតនេះប្រើ helium រាវជាង ១២០ តោន និងអាសូតរាវរាប់ម៉ឺនតោនសម្រាប់ដំណាក់កាលបុរេសម្ងួត — ធ្វើឱ្យ LHC ក្លាយជាកន្លែងធំបំផុតមួយក្នុងសាកលលោកដែលរក្សាសីតុណ្ហភាពទាបប្រកបដោយស្ថេរភាព។ ក្នុងទុយោដឹកប្រូតុងផ្ទាល់ ខ្យល់ស្ទើរតែទាំងអស់ត្រូវបានបូម ចោល ដើម្បីបង្កើតកម្លាំងដកខ្យល់ (vacuum) ដែលមានសម្ពាធទាបជាងសម្ពាធនៅលើផ្ទៃព្រះច័ន្ទដល់ ១០ ដង — ដើម្បីកុំឱ្យប្រូតុងទង្គិចនឹងម៉ូលេគុលខ្យល់ដោយចៃដន្យ។
Fកាលប្បវត្តិ
GLHC ធៀបនឹង Tevatron
មុន LHC ម៉ាស៊ីនទង្គិចភាគល្អិតខ្លាំងបំផុតលើលោកគឺ Tevatron របស់ Fermilab នៅសហរដ្ឋអាមេរិក ដែលដំណើរការពីឆ្នាំ ១៩៨៣ ដល់ ២០១១។ Tevatron បានរកឃើញ top quark ក្នុងឆ្នាំ ១៩៩៥ ប៉ុន្តែថាមពលរបស់វាមិនគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីរកឃើញ Higgs boson ទេ — នេះជាមូលហេតុដែលពិភពលោកបានប្រែក្លាយចាប់អារម្មណ៍មក LHC វិញ។
Hរូបភាពពី CERN
ចុចលើរូបភាពដើម្បីមើលពេញអេក្រង់។ រូបភាពទាំងអស់ជាកម្មសិទ្ធិរបស់ CERN ដកស្រង់ពី CERN Document Server ដោយមានការគោរពតាមលក្ខខណ្ឌប្រើប្រាស់របស់ CERN។
មេដែកទំនាញពណ៌ក្រហមក្នុងឧបុមង្គ LHC — ថតកំឡុងការត្រួតពិនិត្យឆ្នាំ ២០២១ · រូបភាព៖ Samuel Joseph Hertzog / CERN · CC BY-4.0
ឧបុមង្គ LHC ដែលមេដែកទង្គិចប្រូតុងលាតសន្ធឹងចម្ងាយ ២៧ គីឡូម៉ែត្រ · រូបភាព៖ Maximilien Brice / CERN · CC BY-NC
ការតំឡើងឧបករណ៍វាស់ថាមពល (calorimeter) របស់ ATLAS · រូបភាព៖ Maximilien Brice / CERN · CC BY-4.0
ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMS កំឡុងការជួសជុលធំ (Long Shutdown 2) · រូបភាព៖ Samuel Joseph Hertzog / CERN · CC BY-NC
ទិដ្ឋភាពពីលើអាកាសនៃមណ្ឌល CERN និង Science Gateway · រូបភាព៖ Maximilien Brice / CERN · CC BY-NC
Iផលប៉ះពាល់ជាក់ស្តែង
ផលប៉ះពាល់របស់ LHC មិនត្រឹមតែក្នុងវិស័យរូបវិទ្យាទេ៖
- World Wide Web — ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាដូចគ្នា គឺការចែករំលែកព័ត៌មានរវាងអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រនៅជុំវិញពិភពលោក លោក Tim Berners-Lee បានបង្កើត World Wide Web នៅ CERN ក្នុងឆ្នាំ ១៩៨៩ ហើយ CERN បានប្រកាសឱ្យកូដកម្មវិធីនេះឥតគិតថ្លៃដល់សាធារណជនក្នុងឆ្នាំ ១៩៩៣ — ចាប់ផ្តើមអ៊ីនធឺណិតដែលពិភពលោកប្រើប្រាស់សព្វថ្ងៃ។
- កុំព្យូទ័របណ្តាញ (Grid computing) — ដើម្បីវិភាគទិន្នន័យដ៏ធំសម្បើមពី LHC (ច្រើនជាងអ្វីដែលមជ្ឈមណ្ឌលកុំព្យូទ័រតែមួយអាចគ្រប់គ្រង) CERN បានអភិវឌ្ឍ Worldwide LHC Computing Grid ដែលភ្ជាប់មជ្ឈមណ្ឌលកុំព្យូទ័រជាង ១៧០ កន្លែងក្នុងជាង ៤០ ប្រទេស។
- វេជ្ជសាស្ត្រ និងឧស្សាហកម្ម — បច្ចេកវិទ្យា supraconducting magnet និង particle detector ដែលអភិវឌ្ឍសម្រាប់ LHC ត្រូវបានយកទៅប្រើក្នុងម៉ាស៊ីនស្កែន MRI ការព្យាបាលមហារីកតាមរយៈ proton therapy និងការត្រួតពិនិត្យសុវត្ថិភាពនៅច្រកព្រំដែន។
- ការអប់រំ — ទិន្នន័យ និងលទ្ធផលរបស់ LHC ត្រូវបានបើកចំហជាសាធារណៈតាមរយៈ CERN Open Data Portal ធ្វើឱ្យសិស្សនិស្សិត និងអ្នកស្រាវជ្រាវនៅគ្រប់ទីកន្លែងអាចសិក្សា និងវិភាគទិន្នន័យពិតបានដោយឥតគិតថ្លៃ។
Jចំណុចដែលមនុស្សច្រើនយល់ច្រឡំ
Kមេរៀនសម្រាប់អ្នកអានខ្មែរ
Lសេចក្តីសន្និដ្ឋាន
Large Hadron Collider គឺជាសក្ខីភាពនៃអ្វីដែលមនុស្សជាតិអាចសម្រេចបាន នៅពេលវិទ្យាសាស្ត្រ វិស្វកម្ម និងកិច្ចសហការអន្តរជាតិជួបគ្នា។ ចាប់ពីរង្វង់ដែកប្រវែង ២៧ គីឡូម៉ែត្រដ៏ត្រជាក់ជាងអវកាសទទេ រហូតដល់ការរកឃើញភាគល្អិត Higgs boson ដែលបំពេញចន្លោះចុងក្រោយក្នុង Standard Model, LHC មិនត្រឹមតែជាឧបករណ៍វិទ្យាសាស្ត្រប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែជាសញ្ញានៃអ្វីដែលអាចកើតឡើងនៅពេលមនុស្សរាប់ម៉ឺននាក់ជ្រើសរើសធ្វើការជាមួយគ្នា ជំនួសឱ្យការប្រកួតប្រជែងគ្នា ដើម្បីឆ្លើយសំណួរមួយ៖ សាកលលោកបង្កើតឡើងពីអ្វី?