ก  

กตตกรรมประกาศ

ดวยสานกในพระกรณาธคณเปนลนพนอนหาทสดมไดในสมเดจพระเทพรตนราชสดาฯ สยามบรมราชกมารทไดพระราชทานโอกาสใหนกเรยนและครไทยไดเขารวม โครงการสงนกเรยนระดบมธยมศกษาตอนปลายไปศกษาดงานทเซรน สมาพนธรฐสวส ประจาป พ.ศ. 2558

ขอกราบขอบพระคณคณะกรรมการผทรงคณวฒทไดดาเนนการคดเลอกและมอบโอกาสใหคณะเดนทางเปนตวแทนไปรวมกจกรรมในครงน

ขอขอบคณ Miss Natalia Nina Trajdos และดร.นรพทธ ศรมโนภาษ ทให คาปรกษา สอน และชวยแกปญหา ขณะอยทเซรน

ขอบคณวทยากรจากเซรนทกทานทสละเวลาอนมคามาสอนและถายทอดประสบการณทางานทเซรนใหพวกเราไดฟง และอนญาตใหไดซกถามจนสนสงสย

ขอบคณคณครจากสงคโปรทงสองทานทใหความรวมมอในการละลายพฤตกรรมและกระชบความสมพนธของนกเรยนจากทงไทยและสงคโปรเปนอยางด

ขอบคณ พออด อมารชน แกวบตา สาหรบการประสานงานตาง ๆ และคาแนะนาทเปนประโยชนตลอดการเขารวมโครงการฯ ในครงน

ขอขอบคณผมสวนเกยวของทกทานและทกกาลงใจทใหการสนบสนนใหการเขารวมโครงการจดสงนกเรยนระดบมธยมศกษาตอนปลาย ไปศกษาดงานทเซรน สมาพนธรฐสวส ประจาป พ.ศ. 2558 ผานไปไดดวยด

  

ข  

คานา

โครงการจดสงนกเรยนระดบมธยมศกษาตอนปลายไปศกษาดงานทเซรน ของประเทศไทยทง 12 คน พรอมอาจารยผดแล 2 คน ไดเดนทางไปศกษาดงานทเซรน (CERN, The European Organization for Nuclear Research) ณ กรงเจนวา สมาพนธรฐสวส เมอวนท 1-6 มถนายน 2558 ทผานมานน เปนโครงการฯ ทจดขน ภายใตพระราชดารของสมเดจพระเทพรตนราชสดาฯ สยามบรมราชกมาร ททรงพระกรณาโปรดเกลา โปรดกระหมอม สนบสนนใหนกเรยนระดบมธยมศกษาตอนปลายไดเปดโลกทศน ศกษาหาความรเกยวกบฟสกสอนภาค ไดเรยนรเกยวกบเทคโนโลยและความกาวหนาตาง ๆ ทจะเปนแรงบนดาลใจในการศกษาตอในดานวทยาศาสตร พฒนาตนเอง และพฒนาประเทศตอไปในภายภาคหนา นอกจากนโครงการฯ นยงไดใหประสบการณการใชชวต การปรบตว และการสานสมพนธกบนกเรยนจากชาตอน ๆ อกดวย

โดยโครงการฯ นไดเปนการดาเนนงานภายใตโครงการความรวมมอไทยเซรน ของสถาบนวจยแสง ซนโครตรอน (องคการมหาชน) ซงไดรวมมอกบสถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย (สสวท.)สานกงานคณะกรรมการการศกษาขนพนฐาน (สพฐ.) โครงการสนบสนนการจดตงหองเรยนวทยาศาสตรในโรงเรยนโดยการกากบดแลของมหาวทยาลย (วมว.) โรงเรยนมหดลวทยานสรณ (องคการมหาชน) และโครงการ JSTP (Junior Science Talent Project) ของสานกงานพฒนาวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงชาต ในการคดเลอกอาจารยนกเรยน อาจารย และเพอเตรยมการโครงการฯ นขน

โครงการฯ นเรมตนครงแรกตงแตป พ.ศ. 2556 ซงไดเขารวมโครงการฯ ระหวางวนท 3 - 8 มถนายน 2556 โดยม นกเรยนโรงเรยนมหดลวทยานสรณ จานวน 10 คน อาจารยผดแล 1 คน เขารวมโครงการฯ ตอมาในป พ.ศ. 2557 ไดมการคดเลอกนกเรยนระดบชนมธยมศกษาตอนปลายจานวน 12 คน และอาจารยผดแล 2 คน เขารวมการศกษาดงานระหวางวนท 1 – 9 มถนายน 2557

รายงานฉบบนจดทาขนเพอสรปความรเกยวกบเทคโนโลยทางดานฟสกสอนภาค รวมถงดานอน ๆ และประสบการณทไดรบจากการเขารวมการศกษาดงาน รวมถงเปนแรงบนดาลใจสาหรบบคคลทสนใจในการศกษาตอดานวทยาศาสตรและเทคโนโลย ทางคณะผจดทาหวงเปนอยางยงวารายงานฉบบนจะเปนประโยชนและตอยอดการพฒนาในอนาคตตอไปได ไมมากกนอย

 

คณะนกเรยนและคร โครงการจดสงนกเรยนระดบมธยมศกษาตอนปลาย

ไปศกษาดงานทเซรน ประจาป พ.ศ. 2558

  

ค  

สารบญ

กตตกรรมประกาศ ก

คานา ข

สารบญ ค

Introduction to CERN 1

Introductions to Particle Physics – Theory 6

เครองเรงอนภาค 11

Introduction and Accelerator timeline 21

Particles detectors 26

CERN Data Centre 29

Medical and others applications of accelerators เครองเรงอนภาคในการแพทยและประโยชนทหลากหลาย 31

จากภาวะโลกรอน.. สงานวจยของ CERN 37

บนทกการเขารวมโครงการฯ 39

บนทกการเดนทางของอาจารยธวชชย สดใจ 48

จากกาฬสนธส CERN 50

ภาพกจกรรมการศกษาดงาน 63

เมองเจนวา 57

ความประทบใจจากการเขารวมโครงการ 60

ขอเสนอแนะสาหรบการดาเนนงานในปตอไป 64

 

 

1  

INTRODUCTION to CERN

นางสาวคณตา หมนการ โรงเรยนบญวาทยวทยาลย

เมอกลาวถงสวตเซอรแลนด หลายคนคงจะนกถงเทอกเขาทสวยงาม ชอกโกแลตเลศรส หรอประวตการผลตนาฬกาอนยาวนานของชาวสวส แตหากเราถามคาถามเดยวกนนกบเหลานกฟสกสหรอนกวทยาศาสตรทงในไทยและตางประเทศ หนงในคาตอบเหลานนคงจะหนไมพน “CERN” องคกรวจยทางนวเคลยรแหงยโรป (European Organization for Nuclear Research) หนงในองคกรทางวทยาศาสตรทสาคญมากทสดของโลกในปจจบน สถานทซงตดตงเครองมอทดลองทางวทยาศาสตรขนาดใหญและซบซอนทสดของโลก ซงไดทาใหเกดการคนพบอนภาคชนดใหมๆ นอกเหนอจากโปรตอน นวตรอน และอเลกตรอน ตามทเรารจกกนด และสงทเซรนทาเหลาน ไดนามาซงความกาวหนาทางวทยาศาสตร และฟสกส เรอยมา

รปท 1 Meyrin Site, Geneva, Switzerland 17 May 1954

ในป พ.ศ. 2542 หลงจากสนสดสงครามโลกครงท 2 ไดไมนาน เหลานกวทยาศาสตรชาวยโรปหลายคนตระหนกไดวา มาตรฐานวทยาศาสตรในยโรปขณะนนไมไดอยในระดบมาตรฐานโลกอกตอไป จงทาใหไดมการเสนอการกอตงองคกรวจยทางฟสกสขน ซงไมเพยงแตจะชวยรวบรวมคนจากทวยโรปใหมารวมกนเทานน ยงเปนการแบงปน แลกเปลยนขอมล ความร และนวตกรรมใหม ๆ ซงจะทาใหเกดการพฒนาไดสงยงขนเรอย ๆ และดวยแนวคดอนสวยงามน จงทาใหองคกรวจยทางฟสกสนไดถอกาเนดขนใกลตวเมองเจนวา ประเทศสวตเซอรแลนดในปเดยวกนเอง ในนามของ Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire หรอทเรารจกกนในชอ “CERN”

 

2  

ในวชาวทยาศาสตร รางกายของเรารวมถงสงตางๆรอบกายเรานนประกอบมาจาก โมเลกลยอย ๆ ของสสาร โดยแตละโมเลกลกประกอบขนมาจากธาตชนดตาง ๆ และในธาตแตละชนด กประกอบไปดวย โปรตอน นวตรอน และอเลกตรอน หลาย ๆ คนอาจจะคดวาสามารถยอยไดสดแคน ไมมอะไรทเลกไปกวา นวตรอน โปรตอน และอเลกตรอนอกแลว ซงนกวทยาศาสตรในสมยกอนกมความเชอนเชนกน จนกระทงในป พ.ศ. 2454 นกวทยาศาสตรไดคนพบรงสคอสมกผานจากการขนบอลลนไปสงถง 1100 เมตรเพอไปศกษารงสผานเครองอเลกโตรสโคป โดยไดคนพบวารงสคอสมกเปนรงสทประกอบดวย อนภาคพลงงานสงทไมเคยรจกมากอน ทาใหเกดอนภาคใหมขนมากมายทเรายงไมรจก และดวยเหตนเมอมการกอตงองคกรวจยทางนวเคลยรอยาง CERN ขน จงทาใหภารกจหรอการทดลองแรกของ CERN คอการสงบอลลนขนไปเพอไปสารวจและเกบขอมลอนภาคเหลาน แตเนองจากการสงบอลลนขนไปมขอเสยหลายอยางดวยกน นนคอมความเสยงตอความปลอดภยของผสารวจ ความไมแนนอนของธรรมชาต และเราไมสามารถควบคมได ตอมาจงทาใหนกวทยาศาสตรทเซรนเปลยนจากการสงเครองไปกบบอลลนเพอศกษา เปนการสรางหองปฏบตการทางฟสกสอนภาคขนแทน

รปท 2 เครอง Synchrocyclotron

เพอการศกษาอนภาค ไดมการใชเครองเรงอนภาคใหอนภาคชนกนเองเพอใหเกดอนภาคใหมขนในสภาพทสามารถควบคมได ซงเครองเรงอนภาคแรกของเซรนกคอ เครอง Synchrocyclotron แตเครอง ซงโครไซโคลตรอนน ไมไดถกนามาใชเพอศกษาตวฟสกสอนภาคมากนก เนองจากจะเนนไปทางดานการศกษาฟสกสนวเคลยรตามชอขององคกรมากกวา

 

3  

หลงจากใชงานเครอง Synchrocyclotron ได 33 ป เซรนไดสรางเครองเรงอนภาคชนดใหมขนมาชอวาเครอง Proton Synchrotron ซงถอเปนเครองทเรงอนภาคโปรตอนเครองแรก โดยเครองนทาการศกษาปฏสสารหรอ antimatter และหลายๆทฤษฎ นอกจากนตวทฤษฎของเครองโปรตอนซงโครตรอนเองนกไดเปนรากฐานในการพฒนาเครองเรงอนภาคในชวงตอ ๆ มาของเซรนอกดวย

รปท 3 เครอง Proton Synchrotron

ในปตอ ๆ มา เซรนไดมการพฒนาเครองเรงอนภาคมาเรอย ๆ จนถงเครองเรงในปจจบน นนกคอ The Large Hadron Collider (LHC) เครองเรงอนภาคขนาดใหญทสดในปจจบน โดยในหลายปทผานมาไดมการคนพบสงใหม ๆ อาทเชน การคนพบอนภาค W และ Z bosons ในป พ.ศ. 2526 การสราง antihydrogen atoms ขนครงแรกในป พ.ศ. 2538 และเมอไมกปทผานมาน เซรนกไดคนพบอนภาคชนดใหมซงเปนทโดงดงอยางมาก ในนามวาอนภาคฮกส หรอ Higgs Boson นนเอง

รปท 4 การประกาศการคนพบอนภาคฮกส เมอวนท 4 กรกฎาคม 2555

 

4  

เนองจากวาในปจจบนอนภาคฮกสกลายเปนสญลกษณอยางหนงของเซรนไปแลว หากจะไมกลาวถงอนภาคฮกสสกหนอยกคงจะไมได กอนอน เชอวาหลาย ๆ ทานคงจะเคยไดยนกฎของนวตนทวา ∑F = ma ซงแสดงใหเหนถงความสมพนธระหวาง มวล แรง และความเรง หรอวาจะเปนทฤษฎวาดวยแรงโนมถวง ทเปนความสมพนธระหวางแรงโนมถวงและมวล ตอมาอกหลายรอยป นกวทยาศาสตรชอกองโลก อลเบรต ไอนสไตน กไดกลาวถงความสมพนธระหวาง มวล และพลงงาน ในสมการ E = mc2 จากทกลาวมาจะเหนไดวา ทงสองสมการนเปนการอธบายความสมพนธของมวลกบสงตาง ๆ แสดงใหวามวลนนมความสาคญ แตอยางไรกตาม นกวทยาศาสตรทงสองทานไมไดอธบายถงตว “มวล” เอง จงเกดการตงคาถามขนวา ตว “มวล” เองละมาจากไหน ซงจากขอมลทางฟสกสทาใหเราทราบวา อนภาคบางชนดมมวล บางชนด ไมมมวล เชน โฟตอนไมมมวล อเลกตรอนมมวล สงใดเปนตวกาหนดวาอนภาคชนดนจะมมวล หรอไมมมวล ทาใหมนกวทยาศาสตรหลายคนดวยกนพยายามทคดคนทฤษฎเพอทจะตอบคาถามน

รปท 5 ภาพแสดงกลไกการทางานของ กลไกฮกส Higgs Mechanism

หนงในทฤษฎสาคญทสามารถอธบายการเกดมวลไดนนกคอ BEH mechanism: Brout-Englert-Higgs mechanism หรอทเรยกกนสน ๆ วา Higgs Mechanism หลกการนกลาวงาย ๆ คอ ในแรกเรม มสนามฮกส (Higgs Field) กระจายอยทวทกหนแหง เมอมอนภาคมาทาอนตรกรยา (interact) กบสนามฮกสมากเทาไหร กจะยงมมวลมากเทานน และเนองจากวาอนภาคแตละตวทาอนตรกรยากบสนามฮกสตางกน จงทาใหมมวลแตกตางกน อยางไรกตาม เพยงทฤษฎทสวยงามไมสามารถสมบรณไดหากไมมการพสจน ซงสงทจะสามารถบอกเราไดวา แนวคดนเปนจรงหรอไมนนคอ การคนพบอนภาคฮกสซงเปนอนภาคสอแรงของสนามฮกสนนเอง และกเปนทนายนดอยางมากวานกวทยาศาสตรของเราไดมาถกทางแลว เพราะวาในป พ.ศ. 2555 นน ทาง CERN เองไดคนพบอนภาคโบซอน โดยการเรงอนภาคโปรตอนในเครอง LHC ซงเปนโบซอนตวใหมทมคณสมบต และมวลใกลเคยงกบอนภาคฮกสมาก ซงถอเปนการคนพบอนภาคชนดใหมครงสาคญในประวตศาสตร Modern Physics เลยกวาได

ถงแมวาการคนพบอนภาคฮกสจะเปนการคนพบทสาคญอยางมาก ภารกจของเซรนยงคงไมสนสด เนองจากขอมลทมอยพบวา ศาสตรแขนงฟสกส เคม ชววทยา ทเราศกษากนทงหมดนนเปนเพยง 4.9% ของ

 

5  

เอกภพทงหมด โดยยงมสงทเราไมทราบอยอก 95.1% ซงประกอบดวย 26.8% เปนสสารมด (Dark Matter) และอก 68.3% เปนพลงงานมด (Dark Energy) ดวยเหตนจงทาใหนกวทยาศาสตรทเซรนกาลงทางานหนกเพอทจะคนหาวาสงเหลานคออะไร โดยหนงในแนวคดทเซรนกาลงตามหานนกคอ Supersymmetry นนเอง

รปท 6 (ซาย) ผคดคน WWW Tim Burners-Lee (ขวา) ปาย ณ สถานทกาเนด WWW ทเซรน

เนองจากการเดนเครองเรงอนภาคแตละครงของเซรน เปนการเรงอนภาคโปรตอนของไฮโดรเจนหลายลานตวมาชนกน ทาใหการชนแตละครงมขอมลจานวนมหาสาร ซงถาจะเปรยบใหเหนภาพ ในหนงป มขอมลใหมประมาณ 25 ลาน Gigabytes และหากนาขอมลของเซรนใสแผนดวดแลวตงเรยงกน เราจะไดกองแผนดวดสงกวาเทอกเขามองบลงคเสยอก และดวยเหตน จงทาใหเซรนนอกจากจะศกษาทางดานฟสกสอนภาคแลว เซรนยงคงทาการพฒนาระบบจดการขอมลอกดวย นนกคอ ระบบ Computer Grid กลาวงาย ๆกคอ การแบงขอมลของเซรนใหกบเครอขายคอมพวเตอรทวโลก และนอกจากกรดคอมพวเตอรแลว อกหนงความสาเรจของเซรนทมอทธพล และมความสาคญอยางมากในปจจบนนนกคอ WWW หรอ World Wide Web ทเรารจกกนดนนเอง

นอกจากดานฟสกส และคอมพวเตอรแลว ทเซรนยงไดทาการพฒนาระบบ และเครองมอทางการแพทยอกดวย ซงเครอง PET scan, MRI scan กเปนอกตวอยางทเปนเครองเรงอนภาคทใชในการแพทยอยางแพรหลาย แสดงใหเหนวา เครองเรงอนภาคเหลานสามารถพฒนาวงการแพทยไดอกดวย

ถงแมจากเรมแรก องควจยทางนวเคลยรแหงยโรปแหงน ตงขนเพยงเพอใหนกวทยาศาสตรในยโรปไดรวมมอกนพฒนาองคความร แตดวยการพฒนาอยางรวดเรว จงไดดงดดนกวทยาศาสตรหลายคนใหมารวมทางานดวย ทาใหไมไดมเพยงนกวทยาศาสตรจากยโรปเทานนทรวมทางานกบเซรน แตเปนนกวทยาศาสตรจากทวทกมมโลก รวมถงประเทศไทยของเราเองดวย ทมารวมทางานกบเซรน และดวยภารกจทยงใหญขนตามขนาดขององคกร ในปจจบน เซรนมหนาทหลก ๆ อย 4 ประการ คอ

1. ขยายและตอยอดองคความรแขนงตาง ๆ 2. พฒนาเทคโนโลยของเครองเรงอนภาค เครองตรวจจบอนภาค การเกบขอมล รวมถงเครองมอทาง

การแพทย 3. ฝกฝนนกวทยาศาสตรและวศวกรสาหรบอนาคต 4. การรวมคนใหเปนหนง และดวยพนธกจเหลาน จงกลาวไดวา เซรนเปรยบเสมอนกบเปน United

Nation of Science เลยกวาได

 

6  

Introductions to Particle Physics – Theory

นายเทเลอร แยน โรงเรยนสรนารวทยา

Standard Model

สสารทกอยางในจกรวาลประกอบขนจากโมเลกล โมเลกลเกดขนจากอะตอมของธาตมาเรยงตวกน อะตอมประกอบดวย proton และ neutron ท nuclei และม electron โคจรรอบ สวน proton และ neutron ซงเปน hadron ถกสรางขนมาจาก quarks ทถกยดหนวยดวยแรง strong interaction โดยม gluons เปนอนภาคสอแรง

รปท 1 ตารางอนภาคทงหมดใน Standard Model

 

7  

แทจรงแลว สสารทงหมดถกประกอบขนจากอนภาคมลฐานในทฤษฎ Standard Model เพยงแค 3 ตว นนคอ up quark, down quark, electron โดยอนภาคทเหลอเปนผลผลตจาก interaction ระหวางอนภาคและสนาม (fields) ตาง ๆ โดยอนภาคเหลานมทงทเสถยรและไมเสถยร

จากภาพจะเหนไดวาอนภาคมลฐานถกจดออกเปนหมวดหมตาง .ๆ โดยม quarks และ leptons ซงเรยกรวมกนวา fermions และ bosons

Fermions นนเปนอนภาคทประกอบขนมาเปนสสาร โดยมคา spin เปนครงจานวนเตมโดย spin เปนโมเมนตมเชงมมของอนภาคทมคาคงทเสมอและไมสามารถกาจดได และยงเปนไปตามหลกการ Pauli Exclusion Principle กลาวคอ fermions สองตวทเหมอนกนไมสามารถอยใน quantum states เดยวกนได และในกรณของ electron ทอยใน orbital เดยวกนคอไมสามารถม quantum numbers ทเหมอนกนได (เนองจาก electron ไมมขนาด จงไมสามารถแทนท ทเดยวกน)

รปท 2 บรรยากาศขณะเรยนฟสกสทฤษฎ

สวน Bosons เปนอนภาคสอนาแรงระหวาง fermions กบ field ตาง ๆ มคา spin เปนจานวนเตม bosons นนมลกษณะอยางหนงทแตกตางกบ fermions คอ bosons ทเหมอนกนทกประการสามารถอยในตาแหนงเดยวกนได (เปนไปตาม Bose-Einstein Statistics) โดย bosons จะประกอบไปดวย Gluon เปนสอนาแรง strong force ซงเปนแรงทยด quarks ไวดวยกนไมใหหลดออกจากกนจากประจทผลกกน Photon นาแรง electromagnetic force ซงคอแรงแมเหลกไฟฟา เปนอนภาคทไมมมวล และมความเรวคงท

 

10  

แผน (นาไฟฟาได) เปนเพราะวาสนามไฟฟาทตอจะทาให virtual electrons เรยงตวและทาใหภายในชองวางของแผนโลหะ polarized

จรง ๆ แลว ในทางฟสกสอนภาคและควอนตม เราไมจาเปนตองมภาพทชดเจนของสงทศกษาในการมคอนเซปตทชดเจนของสงทเกดขน เพราะหลายสงหลายอยางนนไมไดเปนไปตามความเขาใจของมนษย แตเรากไมจาเปนตองเหนภาพเพอทจะทาความเขาใจ

 

11  

เครองเรงอนภาค

นายปณวฒน วงศแกลว โรงเรยนมหดลวทยานสรณ

CERN มเครองเรงอนภาคทใหญทสดในโลกอย นนกคอเครอง LHC (Large Hadron Collider) นนเอง แตทราบหรอไมวาโลกใบนมเครองเรงอนภาคอยมากมายรอบตวเรานอกจากแคเครอง LHC ท CERN และยงมการนาเครองเรงอนภาคมาใชประโยชนอยางหลากหลายมากมายเลยทเดยว นอกไปจากแคเอาไวศกษาแตฟสกสอนภาคเทานน

หากจะนกถงเครองเรงอนภาคทอยใกลตวเราทสด และคงจะเปนเครองเรงอนภาคแบบแรกสดทเคยประดษฐขน1 กเหนจะหนไมพน หลอดรงสแคโทด ขางในจอโทรทศน แบบ CRT (Cathode Ray Tube) ซงเปนจอโทรทศนสมยกอนทจะมลกษณะนน ๆ หนา ๆ อวน ๆ ไมเหมอนโทรทศน LCD ในสมยน ดานหลงจอโทรทศนแบบ CRT นน จะมหลอดรงสแคโทดอย ซงกจดเปนเครองเรงอนภาคชนดหนงเหมอนกน เชนเดยวกบเครอง LHC หลอดรงสแคโทดทาหนาทเรงอนภาคโดยสรางสนามไฟฟามาเรงอนภาคมประจ แตตางกนตรงทหลอดรงสแคโทดจะเรงอเลกตรอน ไมใชโปรตอน เมอลาอเลกตรอนในหลอดรงสแคโทดถกเรงผานสนามไฟฟาแลว ลาอเลกตรอนกจะพงออกจากปลายของหลอดรงสแคโทด แลวผานการปรบเปลยนทศทางการเคลอนทดวยสนามแมเหลกและไปตกบนจดตาง ๆ บนจอภาพ ออกมาเปนภาพตาง ๆ ใหเราไดรบชมกน

ภายหลงการประดษฐหลอดรงสแคโทดโดย J.J. Thomson มนษยกไดพฒนาเครองเรงอนภาคใหม ๆ เพมขนเปนลาดบ และมการนาไปใชประโยชนในดานตาง ๆ อยางกวางขวาง ไมวาจะเปนในดานการแพทย การถนอมอาหาร งานวจยทางชวเคม โบราณคด งานวจยดานฟสกสอนภาค และอน ๆ อกมากมาย แมแตหลอดรงสแคโทดทไดกลาวไปขางตนเอง กมสวนสาคญอยางยงตอมนษยในการทาความเขาใจโครงสรางอะตอม ในสมยแรกอกดวย

เครองเรงอนภาคบนโลกใบนสามารถแบงออกไดเปน 2 ประเภทใหญ ๆ ดวยกน1 ไดแก เครองเรงอนภาคแบบสนามไฟฟาสถต (Electrostatic particle accelerators) และ เครองเรงอนภาคแบบสนามไฟฟาแกวงกวด (Oscillating field particle accelerators) ซงเครองเรงอนภาคทงสอบแบบกจะมหลกการทางานและขดความสามารถทแตกตางกน

สาหรบหลอดรงสแคโทดทไดกลาวถงไปนน จดเปนเครองเรงอนภาคแบบสนามไฟฟาสถตรปแบบหนง เพราะในเครองเรงอนภาคชนดนจะมสนามไฟฟาคงตวทไมเปลยนแปลงกบเวลาอยภายในเครองเพอใชเรงอนภาคมประจ ผานทางการใหความตางศกยไฟฟา (Voltage Difference) สง ๆ ในอาณาบรเวณททาการเรงอนภาคดวยวธนอาจจะเรงไดถงแคความเรวทไมสงนก แตกเปนวธทนยมมากเพราะสามารถสรางไดงาย ดวยตนทนทไมสงนก และเพยงพอตอการนาไปประยกตตอไดอยางหลากหลาย

 

12  

สาหรบเครองเรงอนภาคอกประเภทหนง คอเครองเรงอนภาคแบบสนามไฟฟาแกวงกวด จะใชสนามไฟฟาทมการแกวงกวด (เปลยนขนาดและทศทาง) ไปมาเปนสนามไฟฟาทใชเรง ซงสามารถเรงอนภาคไปจนถงความเรวทสงมากๆได และยงมขอไดเปรยบในอกแงหนงดวยทสามารถควบคมอนภาคใหเปนกลมกอนไดดกวา แมวาตนทนจะสงกวากตามเครองเรงอนภาคแบบนจะมแนวทางการออกแบบ ใหญ ๆ 3 แนวทาง คอ แบบเสนตรง (Linear Accelerator) หนง กบแบบวงกลม (Circular Accelerator) อกสองแบบคอ แบบ ไซโคลตรอน (Cyclotron) และแบบซนโครตรอน (Synchrotron) ซงจะมาทาความรจกกบเครองซนโครตรอนกน

• ซนโครตรอน

เครอง LHC นน จดเปนเครองซนโครตรอนชนดหนงสาเหตท CERN เลอกจะสรางเครองซนโครตรอนนน กเพราะเครองซนโครตรอนมโครงสรางการออกแบบทสามารถพาอนภาคไปถงพลงงานทสงทสดไดอยางคมคาทสด โดยเราจะมาดกนวาเครองซนโครตรอนนนมโครงสรางและหลกการทางานอยางไร ในสวนของขอมลถดจากนไปตองขอขอบคณการบรรยาย2 โดย E. Wilson ท CERN ซงผเขยนมโอกาสไดไปรบฟงมา

รปท 1 การบรรยาย2เรอง Particle Accelerator โดย E. Wilson

เปนททราบกนดวาอนภาคมประจทเคลอนทในสนามแมเหลกไฟฟาจะทาใหเกดแรงกระทาตออนภาคในลกษณะตาง ๆ ดงนนโดยอาศยการควบคมสนามแมเหลกไฟฟาในหลาย ๆ รปแบบภายในเครองซนโครตรอน อนภาคมประจ (โปรตอนสาหรบ เครอง LHC ประจ +e) จะถกเรง ควบคมทศทาง และจากดขนาด โดยใชสนามแมเหลกไฟฟา ดงน

- การเบนทศทาง (ควบคมใหอนภาคเบนทศทางการวง-Bending) โดยใชแมเหลกขวค (Dipole Magnet)

- การโฟกส (บบลาอนภาคใหตบลง-Focusing) โดยใชแมเหลกสขว (Quadrupole Magnet)

 

13  

- การเรงความเรว (Acceleration) โดยใช RF Cavity ซงมความพเศษทสามารถเรงอนภาคในแบบททาใหอนภาคมารวมเปนกลม ๆ กอน ๆ ได

เนองจากอนภาคในเครองซนโครตรอนจะวงเปนวงกลม ดงนนจงตองมการควบคมใหอนภาคเบนทศทางไปเรอย ๆ ตลอดวงกลม เพอรกษาเสนทางของอนภาคใหเปนวงกลม ซงภายในเครองซนโครตรอนจะกระทาโดยใหมขดลวดแมเหลกขวคซงนากระแสไฟฟาวงขนานไปตามทอลาอนภาค (Beampipe) สวนกนกระแสไฟฟานจะสรางสนามแมเหลกทคอนขางคงตวขนภายในทอ เมออนภาคมประจวงผานบรวเวณนไปตามแนวทอกจะถกแรงแมเหลกกระทาใหมทศทางการเคลอนททเฉไปจากแนวเดมเลกนอย

รปท 2 แสดงการไหลของกระแสไฟฟาบรเวณทอลาอนภาค ซงทาใหเกดสนามแมเหลกขน

รปท 3 แสดงภาคตดขวางของขดลวดแมเหลกขวคสองขด สาหรบทอลาอนภาคสองทอ

ซงเคลอนสวนกน ทใชในเครอง LHC

อกปญหาหนงทจะตองจดการภายในเครองซนโครตรอนเกดขนเนองจากวาอนภาคมประจเหลานมประจเดยวกนจงออกแรงผลกตอกนอนจะทาใหลาอนภาคเหลานกระจดกระจายไปหมด ดงนนภายในเครอง LHC จงตองมการบบลาอนภาคนเขามาเปนระยะ ๆ การบบลาอนภาคนนจะกระทาโดยใชแมเหลกสขว (Quadrupole Magnet) สนามแมเหลกทเกดจากแมเหลกสขวนนจะมคณลกษณะพเศษท อนภาคทอยตรงกลางทอจะไมถกแรงใดกระทา แตอนภาคทอยไกลออกมาจะถกแรงกระทามากขนเรอย ๆ ตามระยะทางจาก

I I

I

B

 

14  

กลางทอ โดยจะเปนแรงทดงกลบเขาหากลางทอในแนวแกนหนง แตจะเปนแรงทดนอนภาคออกไปอกแนวแกนทตงฉากกน ดงนน เมออนภาคเคลอนทผานสนามแมเหลกในบรเวณนจงถกดงกลบมารวมกนตรงกลางในแนวหนง (Focusing) แตจะกระจายตวออกไปในอกแนวหนง (Defocusing) คลาย ๆ กบการทแสงเดนทางผานเลนสนน/เวา ในแตละระนาบนนเอง1

รปท 4 (ซาย) แสดงภาคตดขวางของลกษณะของสนามแมเหลกจากแมเหลกสขว

สงเกตวาอนภาคจะถกโฟกสในแนวแกน x แตจะถกดโฟกสในแนวแกน y (ขวา) แสดงสถานการณดงกลาวเมอเปรยบเทยบกบปรากฏการณทางแสง อนภาคจะเสมอนเปนแสงทเดน

ทางผานเลนสนน ในแนวแกน x แตจะเสมอนวาเดนทางผานเลนสเวาในแนวแกน y

รปท 5 (ซาย) แสดงขดลวดแมเหลกขวส แบบทใชในทอลาอนภาค ในเครอง LHC (ขวา) แสดงแผนภาพภาคตดขวางของขดลวดแมเหลกขวส และทศทางการไหลของกระแสไฟฟา

                                                            1คณอาจจะสงสยวาทาไมเขาถงไมสรางสนามแมเหลกในแบบทสามารถโฟกสอนภาคในทกแนวไดหละ? คาตอบกคอวาการทาเชนนนจะเปนการขดตอหลกการทางฟสกสทสาคญขอหนงนนคอ กฎของแอมแปร หรอถาจะไมขดอนภาคกจะวงในบรเวณนนไมได สาหรบรายละเอยดเพมเตมสามารถศกษาไดในตาราฟสกสพนฐานทวไปและในอนเทอรเนต

 

15  

ทงนเนองจากวาอนภาคทวงภายใน LHC นน วงดวยความเรวทสงมาก จงตองใชสนามแมเหลกทสงมาก (8.33 เทสลา ในสวนของแมเหลกขวค≈สองแสนเทาของสนามแมเหลกโลก) เพอใหไดสนามแมเหลกทสงมากขนาดนน กระแสไฟฟากจาเปนตองสงมากดวย ปญหาทจะตามมากคอวากระแสไฟฟาทสงขนาดนนหากไหลในวสดในชวตประจาวน เชน ลวดธรรมดา ๆ กจะทาใหเกดความรอนขนมหาศาล ทาใหลวดนนละลายไป ซงเปนสงทไมตองการ เพอการนลวดซงทาจากวสดพเศษจงถกทาความเยนลงไปท 1.9K (-271 ºC เยนกวาอณหภมเฉลยของจกรวาลประมาณ 1-2 ºC) เพอใหวสดดงกลาวกลายเปนตวนาไฟฟายงยวด (Superconductor) ซงทาใหกระแสไฟฟาสามารถไหลไดอยางอสระภายในลวดและไมทาใหลวดรอนขน

รปท 6 แสดงภาคตดขวางโครงสรางของระบบหลอเยน ขดลวด และทอลาอนภาค ภายในเครอง LHC

ดวยความทแมเหลกสขวมสมบตทจะโฟกสลาอนภาคในแนวแกนหนงแตจะดโฟกสในอกแนวแกนหนง เมอนาแมเหลกดงกลาวมาใชในเครองซนโครตรอน จงตองวางแมเหลกดงกลาวสบหวางสลบกนไปมาในแนวเสนทางของอนภาค เพอใหลาอนภาคผลดกนโฟกสและดโฟกสไปมาในทงสองแนวแกน ดงนน ในบรเวณทเปนสวนโคงของซนโครตรอนกจะมการใชแมเหลกสขวทงสองแบบนเพอบบลาอนภาค ควบคไปกบแมเหลกขวคเพอเบนลาอนภาคไปตามแนวเสนโคง

 

16  

รปท 7 แสดงการจดวางแมเหลกสลบกนไปมาในบรเวณทเปนสวนโคงในเครองซนโครตรอน (ในระนาบ yz)

B แทนแมเหลกขวคสาหรบเบนลาอนภาค QF แทนแมเหลกขวสทโฟกสลาอนภาคในแกน y แตดโฟกสในแกน x และ QD แทนแมเหลกขวสทโฟกสลาอนภาคในแกน x แตดโฟกสในแกน y

ถดจากสวนทควบคมการเบนและการบบของลาอนภาคในสวนทเปนเสนโคงในเครองซนโครตรอนแลว ในเครองซนโครตรอนกจะมสวนทเปนเสนตรงดวยเพอใชในการเรงลาอนภาคไปขางหนาหรอนาอนภาคมาชนหรออน ๆ

รปท 8 แผนผงของทอลาอนภาคภายใน LHC

โดยในเครอง LHC จะมโซนทเปนเสนตรงอย 8 โซน2 ระหวางโซนทเปนเสนตรงกจะเปนเสนโคงทซงมการตดตงแมเหลกตาง ๆ ไวดงทไดกลาวถงไปขางตน ในบรเวณทเปนเสนตรงนจะใชเพอการเรงความเรวให                                                             2ใชแลว! ซนโครตรอนไมจาเปนตองกลมดกเสมอไป แตจะเปนสวนของเสนตรงกบเสนโคงทเชอมกน และอนภาคทถกเรงจะตองวกกลบมาทเดมเพอเรงตอไปเรอย ๆ ได

sx

 

17  

กบอนภาค ยงอนภาคเขามาภายในเครอง ทงอนภาคออกจากเครอง หรอเพอนาอนภาคมาชนกน ทงนโปรดสงเกตวาใน LHC อนภาคจะถกนามาชนกนทเครองตรวจวด (Detectors) จานวน 4 จดตรงกลางของโซนเสนตรง (รายละเอยดเพมเตมในบทความ “เกดอะไรขนหลงลาอนภาคชนกน”) และเมออนภาคออกจากเครองตรวจวดแลว ลาอนภาคในแตละทศทางกจะสลบทอกน

สาหรบการเรงความเรวใหกบอนภาคภายในเครองซนโครตรอนนน จะอาศยสนามไฟฟาแบบ แกวงกวด โดยการแกวงกวดของสนามนจะถกสรางขนโดยใชสงทเรยกวา RF-Cavity (Radio Frequency-Cavity) ซงสามารถใหคาจากดความอยางสน ๆ ไดวาเปนตวสนพอง (Resonator) ของสนามไฟฟา ดงนนคาถามถดมากคอวา ตวสนพองคออะไร

เพอใหนกภาพของตวสนพองออกได ลองจนตนาการถงกตารโปรงตวหนง ซงประกอบดวยสวนทเปนสายลวด (String) และสวนทเปนโพรงไม (Cavity) ในทนโพรงไมทาหนาทเปนตวสนพองของคลนเสยง เมอดดสายกตารจะทาใหสายกตารนนสนสะเทอน การสนสะเทอนดงกลาวจะถกถายทอดไปยงอากาศเปนคลนเสยงเบา ๆ ซงเดนทางเขาไปในโพรงไม ในโพรงไมนนคลนเสยงจะถกสะทอนกลบไปกลบมาเสรมกนจนกลายเปนคลนเสยงอนดงกอง และเดนทางออกจากกตารมาเขาหของเรา

สาหรบ RF-Cavity นนจะมลกษณะเปนโพรงโลหะ ซงมคลนแมเหลกไฟฟาในยานไมโครเวฟสะทอนไปสะทอนมาอยภายใน ทาใหมการสนหรอการแกวงกวดของสนามไฟฟาอยภายในโพรงนนทความถในยานไมโครเวฟ ทงนการแกวงกวดของสนามไฟฟาภายใน RF-Cavity นน จะถกควบคมใหในแตละจงหวะทกลมอนภาคเดนทางมาถงแตละ RF-Cavity ทอยถด ๆ จากกนสนามไฟฟาจะอยในทศทางทจะเรงอนภาคไปขางหนาไดพอด เพอทลาอนภาคจะไดถกเรงไปขางหนาไปไดเรอย ๆ และเมออนภาควงออกไปจาก RF-Cavity เรยบรอยแลวสนามไฟฟาภายใน RF-Cavity กจะถกกลบทศทางเพอใหอนภาคทออกไปแลวยงคงวงออกไปตอ ไมวกกลบเขามาทเดม

รปท 9 (ซาย) รปแสดงโครงสรางของ RF-Cavity พรอมกบทอลาอนภาค (ขวา) ภาคผาตามยาวของมน

ดวยวธการเรงอนภาคในแบบดงกลาวของ RF-Cavity ทาใหเมอทาการเรงเสรจสมบรณจนลาอนภาคมพลงงานสงสดแลว ลาอนภาคเหลานนกจะถกตดออกเปนกอน ๆ เปนกลม ๆ (Bunches) ซงแตละกอนจะ

 

18  

มาถงแตละ RF-Cavity ในจงหวะทสนามไฟฟาภายใน RF-Cavity เปนศนยพอด ทงนอนภาคทไมไดมาตรงกบจงหวะทสนามไฟฟาเปนศนยกจะถกแรงไฟฟาดงอนภาคเหลานนใหไปยงจงหวะทสนามไฟฟาเปนศนย ดวยเหตนอนภาคจงมพลงงานทสนไปสนมา (แกวงกวด)ในเวลารอบ ๆ พลงงานกลางคาหนง

รปท 10 กราฟแสดงการแกวงกวดในพลงงานและเวลาของกอนอนภาค เมอเรงจนเสรจสมบรณ

เ นองจากกระบวนการทางานดงกลาวของ RF-Cavity อนภาคทเขามาภายในเครอง LHC จงจาเปนตองมพลงงาน/ความเรวตงตนคาหนงกอน เพราะไมเชนนนอนภาคกอาจจะไมสามารถเดนทางขามไปยง RF-Cavity ตวถดไปได ดงนน ลาอนภาคจงตองมการเรงความเรวขนมากอนโดยเครองเรงอนภาคเครองกอนหนา กอนทจะถกยง (Injection) เขาไปภายในทอลาอนภาคของ LHC โดยจะตงตนจากเครองเรงในแนวตรงกอน เชน LINAC จากนนจงผานเขาสเครองซนโครตรอนทใหญขน ๆ เรอย ๆ ซงเคยเปนเครองเรงท LHC เคยใชทาการทดลองมากอนในอดต

รปท 11 แสดงเครองเรงอนภาคตาง ๆ (Accelerators Complex) ทใชเรงอนภาค

กอนทจะปอนใหกบเครอง LHC

 

19  

คนจานวนมากมกจะสงสยวาทาไมเราถงไมสามารถเรงอนภาคใหไปถงความเรวแสงได เพอจะตอบคาถามน เราตองทาความรจกกบทฤษฎสมพทธภาพของไอนสไตนกอนซงกลาวถงการสมพทธกนของปรมาณตาง ๆ อยางปรภมและเวลา ภายใตทฤษฏน ไอนสไตนไดเขยนสมการการเคลอนทซงแสดงความหมายไดวา เมอวตถใด ๆ เคลอนทดวยความเรวคาหนง วตถนนจะมมวลเพมมากขน3ยงวตถเคลอนทเรวเทาไรกจะยงมมวลมากขนเทานน วตถทมมวลมากนจะทาใหตองใชพลงงานในปรมาณทมากขนเพอใหวตถมความเรวสงมากขนอก เมอเปรยบเทยบกบวตถทมความเรวตากวา และเมอวตถมความเรวเขาใกลแสงพลงงานรวมทตองใชในการเรงวตถใหไปถงความเรวนนกจะเปนอนนต ดงนนจงเปนไปไมไดทวตถทมมวลใด ๆ จะเดนทางดวยความเรวเทาแสงได เราสามรถทาไดเพยง เขยบ ๆ ๆ ใหเรวเขาใกลแสงเขาไปเรอย ๆ เขาใกล ๆ ๆ แตกไปไมถง นนเอง

รปท 12 กราฟแสดงความสมพนธระหวาง ความเรวของอนภาค (v) กบพลงงานทตองใชในการเรงอนภาคไป

จนถงความเรวนน จะเหนวาเมออนภาคมความเรวเขาใกลแสง (c) พลงงานทตองใชกจะลเขาอนนตซงเปนไปไมไดทอะไรกตามจะใหพลงงานขนาดนนแกอนภาคได3

หนงในการประยกตใชทสาคญทสดของเครองซนโครตรอน คอ การใชเปนแหลงกาเนดแสง ซนโครตรอน (Synchrotron Light Source) โดยในแหลงกาเนดน ซนโครตรอนจะถกใชเพอเรงอเลกตรอนแทนทจะเปนโปรตอน ดงเชน ใน LHC อเลกตรอนทถกเรงโดยทวไปจะแผรงสแมเหลกไฟฟา สาหรบในแหลงกาเนดแสงซนโครตรอน อเลกตรอนจะแผรงสในยานรงสเอกซ (X-Ray) ความเขมสง ทมความอาพนธ (Coherence) สง จงถกนามาใชประยกตเพอศกษาโครงสรางผลกของโมเลกลทซบซอนตาง ๆ โดยวธกระเจงแสง (Scattering) เชน โมเลกลทางชวเคม นอกจากนยงมการนามาใชเปนแหลงผลตนวตรโน แหลงผลต

                                                            3คากลาวนจรง ๆ แลวไมถกตองนกในทางฟสกส ซงรายละเอยดเบองลกนนยากทจะอภปรายใหครบถวนภายในบทความน แตคากลาวดงกลาวกพอจะถกตองในทางคณตศาสตร และเพยงพอตอการอธบายใหคนทวไปฟง แตโปรดระลกไววาคากลาวนไมถกตอง มนเพยงแตใหผลทเหมอนกนเทานน!

 

20  

ไอโซโทป แหลงโปรตอนตงตนสาหรบเตาปฏกรณ รวมไปถง การรกษามะเรงดวยฮาดรอน (Hadron-Therapy) การถนอมอาหาร การผลตหนวยประมวลผล การศกษาพนผว และอน ๆ อกมากมาย2

สดทายนผเขยนหวงเปนอยางยงวา คณผอานจะไดรบขอมลความรทเปนประโยชนมากขน ไมมากกนอย ในเรองของเครองเรงอนภาค และเครองซนโครตรอน วาเครองซนโครตรอน มโครสรางและกระบวนการทางานในภาพรวมอยางไร ในทายทสดอยากจะฝากไววา เครองเรงอนภาคและฟสกสนนอยใกลตวเรามากกวาทคด มนอยรอบตวเรา และในชวตประจาวนของเรา อยางไดทไดยกตวอยางตงแตตอนตน วาแคเราเปดทว มนกคอฟสกสแลว ดงนนจงเรยนรอยเสมอนะครบ

อางอง 1Wikipedia contributors, Particle Accelerator, WWW Document, (https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Particle_accelerator&oldid=664266573). 2E. Wilson, Particle Accelerator, (CERN, Geneva, Switzerland, 2015), Lecture with online slides, (http://acceleratorinstitute.web.cern.ch/acceleratorinstitute/ACINST/singapore15.pptx). 3SparkNotes LLC, Special Relativity, WWW Document, (http://www.sparknotes.com/testprep/books/sat2/physics/chapter19section1.rhtml).  

 

21  

Introduction and Accelerator timeline

นางสาวพชรพร กาญจโนภาส, โรงเรยนระยองวทยาคม

หากเราลองขวางขวดแกว 2 ขวด ใหมาชนกน เศษขวดแกวทแตกกคงจะมขนาด รปราง และทศทางในการกระเดนทแตกตางกนออกไป ทงนขวดแกวจะสามารถแตกไดหรอไม ขนอยกบพลงงานทเราใหกบขวด หากเราใหพลงงานแกขวดนอยเกนไป ขวดทมาชนกนอาจจะไมแตก หรอแตกออกไดเพยงบางสวนเชนเดยวกนกบในการชนของอนภาค

สงทเราสนใจ คอ เศษขวดแกวทแตกออก ซงการทาใหขวดแกวแตก กแคเรงความเรวใหกบขวดแกว จากนนกใหขวดชนกน การเรงความเรวกทาไดงายมาก ๆ กแคใชมอของเราขวางขวดออกไป แตหากเราเปรยบเทยบกบอนภาคทมขนาดเลกมาก ๆ แมแตตาเรากยงไมสามารถมองเหนได เราจะเรงความเรวใหอนภาคอยางไรด ดงนน งานทนกวทยาศาสตรตองทา คอ สรางเครองเรงอนภาคนนเอง

พลงงานทตองใชเพอเรงอนภาคนนมหนวยเปน อเลกตรอนโวลต eV ซงมคาเทากบปรมาณพลงงานจลนทอเลกตรอนอสระไดรบจากการเดนทางผานความตางศกยขนาด 1 V ในสภาพสญญากาศ 1eV ถอเปนพลงงานทนอยมาก ๆ มคาแค 1.602 x 10-19J หากยงไมเหนภาพวา eV เปนหนวยพลงงานทนอยเพยงใด เราลองเอามาเปรยบเทยบกบ หลอดไฟฟาขนาด 100 W จะใชพลงงาน ในหนวย eV เปน 6.24 x 1020 eV/s หรอ 6.24 x 108 TeV/s ซงจะเหนไดวาพลงงาน 1eV มคาเปน 600ลานลานลานเทาของพลงงานทใชกบหลอดไฟฟา 100W เทานนเอง ซงถอวามคานอยมากสด ๆ

ปจจบนเครองเรงอนภาคนนมพลงงานอยในชวง MeV หรอ 106 หรอ ลาน eV GeV หรอ 109 หรอ พนลาน eV TeV หรอ 1012 หรอ ลานลาน eV กลบมาดกนทประเภทของเครองเรงอนภาค สามารถแบงประเภทของเครองเรงอนภาคไดเปน 2 ประเภท

1. เครองเรงอนภาคแบบทางตรง (Linear accelerator) หรอ ลแนก (LINAC) อนภาคจะเคลอนทไปภายในเครองเรงอนภาค ในแนวเสนตรงตามความยาวของเครองเรง ซงเปนทอสญญากาศ โดยอาศยโพรงความถวทย (RF cavity) เพมพลงงานใหแกอนภาค

 

22  

ขอดของเครองเรงอนภาคแบบทางตรง คอ ‐ สามารถสรางไดงาย เพยงแคสรางไปในแนวตรง ‐ ใชงบประมานทนอยกวาเครองเรงรปแบบอน ๆ ปญหาเครองเรงอนภาคแบบทางตรง คอ ตองใชพนทในแนวตรงเยอะมาก ๆ เพราะหากเราตองการเรงอนภาคใหมพลงงานสง ๆ กตองใชพนทแนวตรงเยอะมาก ๆ ในการเรง เชน SLAC: Stanford Linear Accelerator Laboratory ทรฐแคลฟอรเนย ประเทศสหรฐอเมรกา ซงเปนทตงของเครองเรงอนภาคเชงเสนทยาวทสดในโลก ทมความยาวถง 3.2 km. แตสามารถเรงอนภาคใหไดพลงงานเมอชนกนไดสงสดเพยง 50 GeV

2. เครองเรงอนภาคแบบวงกลม (Circular accelerator) อนภาคจะเคลอนทไปภายในเครองเรงอนภาคเปนวงกลม เพมพลงงานดวยการทอนภาควงวนเปนวงกลมมระบบแมเหลกทบงคบใหอนภาคเคลอนทโคงเปนวงกลม สามารถแบงออกเปน 2 ประเภท

2.1 เครองเรงอนภาคแบบไซโคลตรอน (Cyclotron accelerator) เปนหนงในประเภทของเครองเรงอนภาคแบบวงกลม อนภาคจะถกเรงเปนวงเพอใหมพลงงานสง มลกษณะการเคลอนทเปนวงกนหอย การทางานของเครองเรงอนภาคประเภทน คลายกบการทเราผกลกบอลไวกบแทงไมดวยยางยด จากนนคอย ๆ เพมความเรวใหแกลกบอลดวยการหมน จะสงเกตเหนไดวา เมอเราเพมความเรวใหมากขน ลกบอลจะคอย ๆ เพมรศมในการเคลอนไปเรอย ๆ มลกษณะเปนกนหอยนนเอง หลกการทางานของเครองเรงอนภาคแบบไซโคลตรอนจะใชสนามแมเหลกบงคบอนภาคเคลอนท กระโดดกลบไปมาขามชองวางระหวางแทงแมเหลกครงวงกลมสองแทงทวางประกบกน มสนามไฟฟาจากคลนแมเหลกไฟฟาความถคลนวทย (Radio Frequency: RF) ครอมอย อนภาคจะคอย ๆ วงวนหลาย ๆ รอบจนมพลงงานสงขน ซงเมออนภาคมพลงงานสงขน รศมของวงโคจรกมากขนไปดวย ปญหาขอเครองเรงอนภาคแบบไซโคลตรอน (Cyclotron accelerator) คอ มความสามารถในการเรงเพอเพมพลงงานใหอนภาคทตา หากอนภาคมมวลมากขน การเรงอนภาคกจะทาไดยากมาก การสรางเครองเรงประเภทนตองใชงบประมาณสงมาก ๆ ซงสวนใหญจะเสยไปกบระบบแมเหลกทใชในการบงคบใหอนภาคเลยวโคงและหากตองการเพมพลงงานใหแกอนภาค กตองเพมรศมของเครองเรงอนภาค ซงนนหมายความวาเราตองใชงบประมาณทสงในการเพมพลงแกอนภาค

รปท 1 ภาพเครองซนโครไซโครตรอนจากการเยยมชมวดทศนการพฒนาเครองเรงอนภาคทเซรน

 

23  

2.2. เครองเรงอนภาคแบบซนโครตรอน (Synchrotron accelerator) เปนหนงในประเภทของเครองเรงอนภาคแบบวงกลม ถอวาเปนเครองเรงอนภาคทไดรบการพฒนาสงสดในปจจบนน สามารถเรงอนภาคใหมพลงงานไดสงถง 1012eV หรอ TeV หลกการทางานใชสนามแมเหลกและความถของ RF เปลยนแปลงแบบคาบภายในเครองเรงซนโครตรอน โดยอนภาคจะถกเรงเปนวงโคจรทมรศมคงท เมอความถของสนามแมเหลกไฟฟามคาเทากบความถในการเคลอนทของอนภาค อนภาคจะมความเรวสงเขาใกลความเรวแสง และมสนามแมเหลกบงคบใหอนภาคเคลอนท เลยวโคงเปนวงกลม เมออนภาคถกปลอยจากแหลงกาเนด แลวจะถกเรงโดยเครองเรง LINAC อนภาคจะถกเรงจนมพลงงานอยในชวง 20 – 50 MeV กอนทจะเขาสวงแหวนเรง Booster ring เมออนภาคไดรบการเรงจนมพลงงานสง กจะถกดงเขาส Storage ring ซงเปนวงแหวนสะสมอนภาคประจพลงงานสง ภายในเปนสญญากาศ มรศมและสนามแมเหลกคงท เมออนภาคมประจเคลอนทเปนวงกลมอาจจะสญเสยพลงงานบางสวนออกมาจากนนจะเรงอนภาคใหชนกนในลาอนภาคสาหรบการชน (colliding beam) เครองเรงอนภาคทขนชอวาไดรบการพฒนาสงสดแลวกยงคงมขอเสยอย ปญหาของเครองเรงอนภาคประเภทน นนกคอ การสรางเครองเรงประเภทนตองใชงบประมาณสงมาก ซงสวนใหญจะเสยไปกบระบบแมเหลกทใชในการบงคบใหอนภาคเลยวโคง แตหากตองการเพมพลงงานใหแกอนภาค กไมจาเปนตองเพมรศมของเครองเรงอนภาคแลว เพราะเครองอนภาคประเภทนสามารถเพมพลงงานใหแกอนภาคโดยเพมสนามแมเหลกแทนได

LHC: The Large Hadron Collider

เรองวาดวยระดบพลงงาน

ดวยพลงงานทไมเพยงพอ จงทาใหเกดการพฒนารปแบบการชนเพอใหเกดพลงงานมากกวาเดม โดยระดบพลงงานใหมนจะอยในยาน 7 TeV (Tera electron Volts) หรอเทากบการนาถานไฟฉาย AAA ขนาด 1 โวลต มาหนงลานลานกอน (ซงถานาตอเรยงกนเปนเสนจะสามารถพนรอบโลกไดประมาณ เจดพนรอบ) มาเรงอเลกตรอนหนงตวนนเอง ซงไมใชนอย ๆ เลย ซงระดบพลงงานทใชนไดถกเพมขนเรอย ๆ จากครงแรกเปน 8 TeV และลาสดเมอเดอนเมษายนป 2015 น ระดบพลงงานทใชไดเพมขนมาเปน 13 TeV ซงเกอบจะเทาพลงงานสงสดท LHC ถกออกแบบมาใหรองรบได (14 TeV) การทไมสามารถเดนเครองทระดบพลงงานสงสดกเปนเพราะขอจากดของระบบแมเหลกเมอมอณหภมเพมขนนนเอง

A Model vs. Real setups

โดยทวไป LHC จะถกพดถงวาเปนเครองเรงอนภาคลกษณะคลายกบวงกลมยกษทมเสนรอบวงประมาณ 27 กโลเมตร แตการจะตองสรางเครองเรงอนภาคทเปนวงกลมจรง ๆ นน ถาคานงถงขนาด อปกรณทตองตดตงพวงดวย อกทงยงมศนยการทดลองและเครองตรวจจบอนภาค (ซงจะกลาวถงตอจากน) ทาใหเปนไปไดยากในการสรางใหเปนวงกลมจรง ๆ โดยจะมสวนทเปนเสนตรงบรเวณทมเครองตรวจจบอนภาคตงอย

 

24  

รปท 2 การบรรยายเกยวกบการจดวางสวนประกอบตาง ๆ ของ LHC ณ ศนยการทดลอง ATLAS

ภาพรวมการทางานของ LHC

จดประสงคหลกในการสราง LHC คอ การนาอนภาคมประจมาเรงชนกนซงหลกการ คอ เรงอนภาคไปในสองทศทางในทอทเรยกวา Beam pipe สองทอโดยจะมระบบดดอากาศภายในทอออกใหมสภาพใกลเคยงสญญากาศโดยใหเหลอความดนเพยงหนงในสบลานลาน (ศนย 13 ตว) ของความดนบรรยากาศ นนกเพราะเพอเลยงการสญเสยพลงงานของโปรตอนทถกเรงไมใหไปชนกบอนภาคของอากาศภายในทอนนเอง จะเหนวาโครงสรางของเครองนนจาเปนตองมความแขงแรงพอสมควรเนองจากความแตกตางระหวางภายนอกและภายในทอนนคอนขางมากอาจทาใหเกดความเสยหายตอ beam pipe ได หลงจากการเรงนนกจะจากดบรเวณใหลาอนภาคทงสองชนกน โดยมเครองตรวจจบอนภาคหรอทเรยกกนวา detector ตดตงอยในบรเวณเหลานน นนเอง โดยทจะกลาวถงกคอการเรงอนภาคนนเอง โดยระบบสนามไฟฟาในการเรง และใช สนามแมเหลกในการควบคมทศของลาอนภาคใหเปนแนวโคง และโฟกสลาอนภาคใหมขนาดเลกลงเพอเพมโอกาสใหอนภาคชนกนมากขน

ระบบการเรงโดยใชสนามไฟฟา

อปกรณทจะใชเปนหลก คอ Radio Frequency cavity (RF cavity) โดยใชหลกการการสลบขวสนามไฟฟาไปมาตามความถของคลนวทย (Radio Frequency) ภายในโพรง (cavity) ซงทาใหเกดแรงทางไฟฟากระทากบอนภาคมประจในลาอนภาค โดยจะใชโปรตอนในการเรงซงตางจากเดมทใชอเลกตรอน เพราะวาตองการลดปญหาการสญเสยพลงงานจาก synchrotron radiation เพราะวาเมออนภาคทมประจเคลอนทดวยความเรวทใกลเคยงกบแสงในวถโคง อนภาคเหลานนจะเกดการแผรงส ซงกาลงในการแผรงสนแปรผกผนกบมวลของอนภาคยกกาลงสอง ทาใหโปรตอนซงมมวลมากกวาแผรงส หรอสญเสยพลงงานไดนอยกวา ในการเรง ใหลองนกภาพวงกลมสองวงทมคาสนามเปนบวกและลบประกบระหวางอนภาคโปรตอน และดวยหลกการทวาประจบวกจะผลกประจบวกประจลบจะดดประจบวก ทาใหวงกลมซงมคาประจตางกนทาหนาทดดและผลกโปรตอนไปในทศทางเดยวกน สวนโปรตอนทมความเรวไมสอดคลองกบความถในการสลบไปมาของคาสนามไฟฟา หรอเคลอนทชาเกนไปทาใหอยนอกบรเวณทเกดการเรง โปรตอนเหลานนกจะถกแรงไฟฟาดนไปในทางตรงขาม หรอถกลดความเรวลง (decelerate) เลยตองไปรวมกบกลมโปรตอนทถกเรงดานหลง

 

25  

ซงจะเหนไดวา ลาโปรตอนใน beam pipe จะถกแบงเปนกลม ๆ ตามระดบพลงงาน เรยกกลมเหลานนวา “bunches”

ระบบการควบคมทศทางโดยใชสนามแมเหลก ระบบสนามแมเหลกทใชหลก ๆ ท LHC คอ ระบบแมเหลกขวค (Dipole magnet) ทใชในการเบน

ทศทางของลาอนภาค และระบบแมเหลกสขว (Quadrupole magnet) ทใชในการบบลาอนภาค โดยแมเหลกดงกลาวจะเปนแมเหลกไฟฟาเพราะสะดวกกวาสาหรบการควบคมดวยกระแสไฟฟา โดยหลกการกคอผานกระแสไฟฟาเขาไปในขดลวดเพอเหนยวนาใหเกดสนามแมเหลกโดยขดลวดดงกลาวจะทาดวยวสดทใชทาแมเหลกตวนายงยวด (superconducting magnet) ซงมคณสมบตคอ เมอลดอณหภมของวสดลงไปตามาก ๆ (ใกล ๆ ศนยสมบรณ) คาความตานทานไฟฟาของวสดนนจะมคานอยมาก ๆ ทาใหกระแสไฟฟาผานไดมากขนและใชสรางสนามแมเหลกทมคามาก ๆ ได

การเบนลาอนภาคดวยระบบแมเหลกขวค

การทตองใหลาอนภาคเคลอนทเปนวงกลม ระบบแมเหลกขวคนจงเขามามบทบาท โดยหลกการ คอการสรางสนามแมเหลกผานเขาไปในบรเวณทลาอนภาคผานโดยผานเขาไปในแนวตงฉากกบทศทางการเคลอนทของอนภาคโดยจะทาใหเกดแรงทางแมเหลกทาใหอนภาคเหลานนเบนเปนทางโคง

การบบลาอนภาคดวยระบบแมเหลกสขว

การทจะทาใหโปรตอนสองลามาชนกนโดยไมเคลอนทผานกนไปเฉย ๆ นนทาไดยากซงวธเพมโอกาสในการชนนนกคอการบบพนทหนาตดของลาอนภาคใหเลกลง (ลดชองวางระหวางโปรตอนทงสองลาเมอเคลอนทผานกน) ซงการบบลาอนภาคนทาไดโดยสรางสนามแมเหลกจากแมเหลกสขว(quadrupole magnet) ครอบลาอนภาค สนามแมเหลกดงกลาวจะทาใหอนภาคถกบบใหแบนและแคบลง แตทาไดแคในแนวเดยวเทานน นนทาใหลาอนภาคบานออกอกแนว เชน บบแนวตง ลาอนภาคจะบานในแนวนอน เปนตน ดวยเหตนทาใหตองจดเรยงแมเหลกนใหบบสลบกนไปในแตละแนว ( Alternating gradient lattice) โดยจะทาใหบบอนภาคไดมประสทธภาพขน (strong net focusing) ทงนแรงผลกทางไฟฟาระหวางโปรตอนทถกบบจะไมพจารณา

 

 

 

 

 

 

 

26  

Particles detectors

นายธนกฤต มาม โรงเรยนยพราชวทยาลย เกดอะไรขนหลงลาอนภาคชนกน

ดวยคาพดทวาการศกษาฟสกสอนภาคเหมอนกบการนาขวดแกวมาชนกนจนแตกแลวศกษาธรรมชาตและสวนประกอบขอองมนจากเศษแกวแตละชนทเกดขน โดยจดทขวดจะชนกนและกระจายออกมานนมทงหมด 4 จดดวยกนบน LHC โดยแตละจดกจะมการทดลองหลก ๆ ของ CERN อย คอ ATLAS, CMS, ALICE และ LHCb ซงแตละจดกจะม detectors คอยตรวจสอบวาเกดอะไรขนบางตอนชน ตดตรงทวาในฟสกสคงเทยบเศษแกวกบอนภาคทเกดจากการชนไมไดเหมอนกนเสยทเดยว เพราะเหลาอนภาคทเกดขนนนมคณสมบตแตกตางกนไป โดยสมบตทเราจะใชแยกประเภทอนภาคเรานน คอ

1. คาประจไฟฟา 2. พลงงาน 3. การทะลทะลวง อปกรณทใชวดคณสมบตเหลานของอนภาค คอ 1. Particle Tracker (tracking device) เปนสวนของ detector ทจะแกะรอย (track) เสนทางท

อนภาคเคลอนท โดยจะตรวจไดจากสญญาณไฟฟาทเซนเซอรในบรเวณนนตรวจจบไดเมออนภาคมประจเคลอนทผานซงจะใชตรวจวดคาประจไฟฟาและโมเมนตมของอนภาค โดยบรเวณนจะมสนามแมเหลกอย ทาใหอนภาคทมประจเคลอนทเปนเสนโคงตามแรงแมเหลก วธตรวจสอบ คอ ยงโคงมากแสดงวาโมเมนตมและประจมคานอย ยงโคงนอยแสดงวาโมเมนตมและประจมคามาก

2. Calorimeters เปนสวนถดมาทใชตรวจวดพลงงานของอนภาคแตละตวทเคลอนทผาน โดยมหลกการคอทาใหอนภาคเหลานนสญเสยพลงงานจากการทาอนตรกรยากบวสดตวกลางภายใน calorimeter นน ๆ จนหมด ถามองใหงายขน เปรยบเทยบกบการไถลวตถไปตามพนทมแรงเสยดทานจนวตถนนหยด เปรยบคอพลงงานเหลานน (พลงงานจลน) ถกใชไปจนหมดนนเอง โดย calorimeter เองกแบงเปน 2 แบบ ดงน

‐ Electromagnetic calorimeter (ECAL): เปนสวนทใชวดพลงงานของอนภาค โดยจะเนนไปทอเลกตรอนและโฟตอน ซงอนภาคเหลานจะเสยพลงงานจากการเกดไอออไนเซชนโดยภายใน calorimeter จะม “Plastic scintillator” ซงเปนวสดทมคณสมบตในการเรองแสงเมอเกดการแผรงสจากการไอออไนเซชน โดยมหนาทคอเปลยนพลงงานไอออไนเซชนไปเปนคลนแสงจากนนคลนแสงนกจะไปตกท Photon detector ซงเปนอปกรณทจะเปลยนพลงงานจากคลนแสงไปเปน electrical signal สาหรบการวเคราะหตอไป

‐ Hadronic calorimeter (HCAL): เปนสวนของ calorimeter ทมหลกการคลายกบ ECAL แตมไวใชสาหรบวดพลงงานจากอนภาคฮาดรอน (Hadron) ซงเปนอนภาคทม ควารก

 

27  

(quark) เปนสวนประกอบ เชน โปรตอน และ นวตรอน โดยสวนนจะตางจากสวน ECAL เพราะวาตองใชวดพลงงาน (หยด) อนภาคทม interaction length ยาวกวาของ ECAL ซงแนนอนชนวสดของ HCAL นจะตองอยลกกวาและหนากวา

อยางไรกตาม calorimeter เหลานจะสามารถตรวจจบอนภาคไดเกอบทงหมดแตกยงไมเพยงพอ เพราะ calorimeter เหลานไมสามารถตรวจจบ muon และ neutrino ได

รปท 1 ณ ศนยการทดลอง ATLAS:การบรรยายเกยวกบการทางานของ detectors ใน ATLAS

3. Muon detector เนองจากอนภาคมวออนเปนอนภาคทมอานาจความทะลทะลวงสง เหลา calorimeters ไมสามารถตรวจจบพลงงานทงหมดของมวออนได ดงนน จงม muon detector ตดตงอยตรงขอบนอกสดของ detectors ทงหลายท CMS เพอสาหรบตรวจจบมวออนโดยเฉพาะ โดยมหลกการคอ ปลอยใหมวออนเคลอนทผาน Muon Station (MS) ซงมทงหมด 4 ตวเรยงสลบกนกบชนของเหลก จากนนกสามารถจบตาแหนงมวออนไดจากการทมนเคลอนทผาน Muon Station นนเอง

รปท 2 ณ ศนยการทดลอง CMS: แบบจาลองการทางานของ detectors ใน CMS เมอมอนภาคทจะตรวจวด

เคลอนทผาน

 

28  

เราศกษาอะไร ณ จดตดกนของลาอนภาค

บนจดตดของลาอนภาคนน จะมการทดลองหลก ๆ อย 4 การทดลองคอ CMS, ATLAS, ALICE และ LHCb โดยแตละทกจะม detectors คอยตรวจจบอนภาคทเกดจากการชนซงกจะมขอบเขตการศกษาทแตกตางกนไปในแตละท

CMS (Compact Muon Solenoid) & ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) สองตวนเปน detectors ทสาคญในประวตศาสตร หลายคนอาจจะเคยไดยนขาวการคนพบอนภาค

ฮกส อนภาคทมความสาคญใน standard model ทสาคญคอ เปนกญแจสาคญทจะตบคาถามทวา มวลของวตถนนมาจากไหน ซง detectors ทไดตรวจพบอนภาคนกคอ CMS กบ ATLAS นนเอง การทางานของ detectors สองตวนเหมอนกน คอ ตรวจจบอนภาคแตมหลกการทางานตางกน โดยจดประสงคคอสรางขนมาเพอยนยนความถกตองของการทดลองในการตรวจจบอนภาคในแตละครง ซงหลกการทางานของ CMS จะใช solenoid 4 เทสลาในการสรางสนามแมเหลก และสวนของ calorimeter จะใชเปน Lead(II)sulfate หรอ crystal calorimeter ซงมความละเอยดมากกวา สวน ATLAS จะใช solenoid 2 เทสลา และ แมเหลกเหนยวนาแบบ Toroid 0.5 เทสลา และ 1 เทสลา ในการสรางสนามแมเหลก และในสวนของ calorimeter จะใช liquid argon calorimeter ในการวดพลงงานซงจะมคาทหยาบกวาของ CMS แตจะมความเสถยรกวา

ALICE (A Large Ion Collider Experiment) เปน detector สาหรบตรวจจบไอออนหนกบน LHC โดยจะเนนศกษาสถานะพเศษของสารทเรยกวา

quark-gluon plasma โดยจะเกดขนไดภายใตเงอนไขทเรงไอออนของตะกวมาชนกน ซงเปนการจาลองเหตการณทเกดขนหลง Big bang เลกนอย โดยภายใตเงอนไขน โปรตอนและนวตรอนจะรอนมากจนทาให quark หลดออกมาจาก gluon ในพนธะ

LHCb (LHC beauty) เปนการทดลองเพอศกษา ความไมสมมาตรระหวางปรมาณสสารและปฏสสารหลงจากกาเนดเอกภพ ทวาสสารนนมปรมาณมากกวา ซงศกษาจากควารกชนดทชอวา beauty quark (b quark) เนองจาก ควารกหลายชนดทเกดจากการชนกนใน LHC นนมมากมายและสลายตวไดเรวมาก ท LHCb จงมการตดตง tracking device บรเวณใกลกบเสนทางเดนของอนภาคเพอคอยตรวจจบ b quark

 

29  

CERN Data Centre (ศนยขอมลของ CERN)

นายนนทธนก ตนตวสดาการ โรงเรยนสวนกหลาบวทยาลย

นบตงแตการเปดใหมของ LHC ในป พ.ศ. 2558 ทก ๆ 25 นาโนวนาท (หนงในลานลานสวนของวนาท) จะมการชนกนของลาอนภาค 1 ครง การชนกนของลาอนภาคแตละครงจะมอนภาคชนกนประมาณ 30-40 ตว การชนกนของลาอนภาคแตละครงจะมขอมลประมาณ 1 MB (1 ลานไบต) ซงมขนาดไมมากเทยบกบแผน DVD ทมขนาดประมาณ 4.7 GB (4.7 พนลานไบต) แตเมอรวมกนแลวจะมอนภาคชนถงกนวนาทละ600 ลานครง ซงในแตละวนนจะมขอมลประมาณ 1 PB (1 รอยลานลานไบต) ซงสามารถบนทกลง DVD ไดประมาณ 210,000 แผน ปญหาคอ เราจะจดการกบขอมลทงหมดไดอยางไรกบขอมลทมากมายขนาดน อกทงขอมลทไดมา มเพยงหนงสวนในทกๆลานสวนทสามารถใชงานได

นกวทยาศาสตรจงคดคนสงทเรยกวาระบบทรกเกอร (Trigger)

คาวา Trigger ในภาษาองกฤษแปลวาการกระตน ระบบทรกเกอร นจะทางานกตอเมอมขอมลทนกวทยาศาสตรตองการและทาลายขอมลทเหลอจนหมด (คลาย ๆ กบเวลาซอของทตลาด เราจะเลอกซอเฉพาะของสด ๆ เทานน อนไหนเนาเรากโยนทง) โดยจะมระบบทรกเกอรอย 2 ชน

Trigger 1 เปนวงจรทมความเรวสง (Fast Electronic) จะตดขอมลอยางคราว ๆ ใหเหลอเพยงขอมลหนงในหมนสวนของขอมลทงหมดจนมความเรว 100 GB/s (มคาเทากบ 1 พนลานไบตตอวนาท หรอ DVD 200 แผนในชวพรบตา)

Trigger 2 จะม Processor* 15000 ตว ชวยกนกรองขอมลใหเหลอเพยงในรอยสวนของขอมลทไดมา (หรอหนงในแสนสวนของขอมลดบ) โดยซอฟตแวรทมความละเอยดและมความซบซอนมากขน

*Processor คอสวน CPU ของคอมพวเตอรททาการคานวณ ซงความจรงแลวมความเรวเทากบคอมพวเตอรแพงในปจจบนแตเนองดวยจานวนทมหาศาลและซอฟตแวรทออกแบบมาเพอการคานวณโดยเฉพาะจงมกาลงการคานวณทสงมากจากนนขอมลจะถกสงไปท CERN Data Centre (ศนยขอมลของ CERN) ในขณะนขอมลทงหมดยงเปนตวเลขตาง ๆ ทยงไมสามารถตความได โปรแกรมตาง ๆ ในศนยขอมลจะนาขอมลเหลานมารวมขอมลของอนภาคแตละตวใหมาอยรวมกนหรอทเรยกกนวา Reconstruction และสามารถดไดวาอนภาคแตละตวมคณสมบตอยางไรบาง ขอมลจะถกสงไปยง 2 ท ทแรกจะเปนทเกบขอมลระยะยาว (Long-Term Data storage) ซงศนยเกบขอมลของเซรนจะเกบขอมลประมาณ 6 GB/s (เทากบ DVD 1200 แผนตอวนาท) ซงหลายคนอาจสงสยวาขอมลตาง ๆ จะถกเกบไวในรปแบบใด คาตอบคอ ตลบเทปแมเหลก ไมไดพดเลนนะครบเซรนจะลบขอมล

 

30  

ในตลบเทปคลาย ๆ กบเทปคลาสเซตทใชฟงเพลงในสมยกอน หลายคนอาจงงวาทาไมจงใชเทคโนโลยทดลาสมยขนาดน แตเทปพวกนจะมความคงทนสงเพราะสามารถเกบขอมลไดถง 10 ป หากขอมลเกดการสญหายจะไดมขอมลสารอง ในขณะเดยวกนขอมลจะถกกระจายไปทวโลก เพอใหศนยคอมพวเตอรตางๆทวโลกชวยกบประมวลผลและจดเกบขอมลเสมอนวาเปนคอมพวเตอรเครองเดยว ซงเรยกวา กรดคอมพวตง/Grid Computing คาวา Grid แปลวาตารางและคอมพวเตอรจะถกเชอมตอกนดวยกนเสมอนกบเปนจดบนตารางทถกเชอมกนดวยเสนตรง ระบบนเองทเปนตนกาเนดของอนเตอรเนตในปจจบน โดยศนยคอมพวเตอรทกตวจะถกเชอมกนดวย สายใยแกวนาแสง (Fiber Optic) ทมความเรว 10 GB/s (เรวกวาอนเตอรเนตตามบานประมาณหนงพนเทา) คอมพวเตอรในกรตจะถกแบงเปนสามชนหรอ Tier ตามหนาทการทางาน

Tier 0 จะทาหนาทรบขอมลดบกระจายขอมลไปยงศนยคอมพวเตอรทวโลก มอย 2 ทคอท CERN ในประเทศสวสเซอรแลนด ทม Processor 73 000 ตว และเมองบดาเปสตในประเทศฮงการ

Tier 1 จะเปนศนยประมวลผลยอยลงมา ทมอย 11 แหง มหนาททาการวเคราะหตอจากศนยขอมลของเซรน จดเกบขอมล และเปนสอกลางระหวาง Tier 0 และ Tier 2

Tier 2 เปนหนวยทเลกทสด มหนาทในการจาลองเหตการณทเกดขนภายในการชนอนภาค (Simulation) และประมวลผลขอมลครงสดทาย ม 140 แหงใน 40 ประเทศ (หนงในนนอยท ประเทศไทย)

รป ณ CERN data centre (ขวา) ภาพการบรรยายเกยวกบการเกบรกษาขอมล (ซาย) super computer

ทใชในการเกบขอมล