รู้จักอนุภาคเลปตอน
กลุ่มอนุภาคที่ลึกลับซับซ้อนสุดๆ
อนุภาคมูลฐาน (Fundamental particle) คืออนุภาคที่เล็กที่สุดจนไม่มีองค์ประกอบภายใน ซึ่งในปัจจุบันนักฟิสิกส์ค้นพบแล้วมากมายหลายชนิด โดยอนุภาคมูลฐานชนิดแรกที่นักฟิสิกส์ค้นพบ คือ อิเล็กตรอน
อะตอมนั้นมีนิวเคลียสมวลมากอัดแน่นอยู่ตรงกลาง มีอิเล็กตรอนเบาหวิวกระจายอยู่รอบๆ การทำปฏิกิริยาเคมีทุกชนิดจึงเกิดขึ้นกับอิเล็กตรอนที่อยู่ด้านนอก อีกทั้งการไหลของอิเล็กตรอนยังก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่เราใช้ขับเคลื่อนอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ไปจนถึง ในสายฟ้าที่เกิดจากฝนฟ้าคะนอง
จริงๆยังมีปรากฏการณ์ธรรมชาติอีกมากมายที่เราคุ้นเคยเกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอน จนยากจะกล่าวถึงให้ครบถ้วน
อย่างไรก็ตาม หลายคนอาจไม่รู้มาก่อนว่ายังมีอีก 2 อนุภาคที่คล้ายกับอิเล็กตรอนมาก แต่เราอาจไม่คุ้นเคยนัก นั่นคือ มิวออนที่มีมวลราว 200 เท่าของอิเล็กตรอน และ ทาวที่มีมวลมากถึง 3,500 เท่าของมวลอิเล็กตรอน
อนุภาคทั้งสามนี้เหมือนกันมาก ในแง่ของคุณสมบัติพื้นฐานต่างๆ ทั้งประจุไฟฟ้า สปิน และประจุที่เกี่ยวกับแรงอย่างอ่อน สิ่งที่แตกต่างกันมากอย่างเห็นได้ชัดเจน คือ มวล ดังที่ได้กล่าวไป
การขัดสีก้อนอำพัน ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตย์ เนื่องจากการถ่ายเทอิเล
อย่างไรก็ตาม ยังมีอนุภาคอีก 3 ชนิดที่ต้องรู้จัก นั่นคือ นิวตริโนที่สอดคล้องกับทั้งสามอนุภาค ได้แก่ นิวตริโนแบบอิเล็กตรอน นิวตริโนแบบมิวออน และนิวตริโนแบบทาว ซึ่งนักฟิสิกส์เพิ่งรู้ไม่นานนักว่านิวตริโนทั้งสามนี้มีมวลแตกต่างกัน และมวลของพวกมันนั้นมีค่าน้อยมากๆจนเกือบจะเป็นศูนย์ก็ว่าได้
การที่นิวตริโนไม่มีประจุไฟฟ้า ทำให้มันถูกหยุดยั้งได้ยาก และถูกตรวจจับได้ยากมากๆ แม้ว่านิวตริโนนั้นเป็นอนุภาคที่กระจายอยู่รอบตัวเราอย่างดาษดื่น ทุกวินาทีจะมีนิวตริโนจากดวงอาทิตย์พุ่งออกมาทะลุร่างกายเรา จริงๆต้องบอกว่าทะลุโลกของเราไปในปริมาณมหาศาล แต่มันแทบจะไม่ทำปฏิกิริยากับอะไรเลย ที่น่าสนใจคือ นิวตริโนทั้งสามชนิด ล้วนแล้วแต่คล้ายคลึงกันในลักษณะเดียวกับอนุภาคทั้งสามที่กล่าวไปข้างต้น
นักฟิสิกส์เรียกเหล่าอนุภาคทั้ง 6 ชนิดนี้ว่า อนุภาคในกลุ่มเลปตอน (Lepton) ซึ่งมีความหมายว่า เล็ก โดยนักฟิสิกส์นำเลปตอนทั้ง 6 ชนิดมาจัดเรียงไว้ในรูปแบบนี้
เราเรียกอนุภาคในแต่ละวงเล็บว่าตระกูล (Generation) โดยซ้ายสุดเป็นตระกูลอิเล็กตรอน ตรงกลางเป็นตระกูลมิวออน และ ขวาสุดเป็นกระกูลทาว
ถามว่าทำไมต้องแบ่งเป็นตระกูลแบบนี้?
คำตอบคือ ความเปลี่ยนแปลงผ่านแรงอย่างอ่อนนั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงชนิดของอนุภาคในตระกูลเดียวกันเสมอ เช่น มิวออน นั้นจะสลายตัวให้ [อิเล็กตรอน + นิวตริโนแบบมิวออน +ปฏินิวตริโนแบบอิเล็กตรอน] จะเห็นได้ว่าอนุภาคที่เกิดขึ้นจะมีนิวตริโนแบบมิวออนซึ่งอยู่ในตระกูลเดียวกับมิวออน *
ความไม่เสถียรของมิวออนนี้เองทำให้เราพบเห็นมันได้ยากเย็น แต่กลับพบเห็นอิเล็กตรอนอยู่มากมาย
แผนภาพแสดงการสลายตัวของมิวออน
ทาว ก็สลายตัวเช่นกัน แต่ผลลัพธ์ที่เป็นไปได้นั้นมีหลากหลายรูปแบบ แต่แน่นอนว่าทุกรูปแบบล้วนแล้วแต่มี นิวตริโนแบบทาวด้วย ซึ่งทาวจะสลายตัวจนหายไปรวดเร็วยิ่งกว่ามิวออน อีกทั้งมวลที่มากของมันยังทำให้ต้องใช้พลังงานในการทดลองสูงมากจึงจะสร้างมันให้เกิดขึ้นมาเพื่อศึกษา
การวิเคราะห์การสลายตัวอย่างละเอียดเป็นสิ่งที่นักฟิสิกส์ปัจจุบันกำลังวิจัยเพื่อทดสอบความถูกต้องของหลักการที่เรียกว่า lepton universality ซึ่งเชื่อว่า อิเล็กตรอน มิวออน และทาว นั้น แตกต่างกันเพียงแค่มวลเท่านั้น
เอาจริงๆมันค่อนข้างจะน่าแปลกที่อนุภาคทั้งสามตระกูลนั้นเหมือนกันทุกอย่างยกเว้นมวล ในเมื่ออิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบของสสารต่างๆ มิวออนเป็นอนุภาคในรังสีคอสมิก ส่วนทาวนั้นมีมวลมากและสลายตัวเร็วจนไม่เห็นในธรรมชาติ ในเมื่ออนุภาคทั้งสามชนิดมีความแตกต่างกันมากถึงขนาดนี้ เรากลับพบว่ามันเป็นเหมือนตัวก๊อปปี้ของกันและกันที่แตกต่างแค่มวลเท่านั้น
อย่างไรก็ตาม ถ้ามีการค้นพบว่า lepton universality ถูกละเมิดจะนับเป็นการค้นพบที่ยิ่งใหญ่มาก เพราะแสดงให้เห็นถึงฟิสิกส์ใหม่ๆที่ตอนนี้เรายังไม่พบ
ส่วนนิวตริโนนั้นลึกลับไปกันใหญ่ เอาแค่การพยายามวัดมวลของนิวตริโนให้ได้ก็ยังเป็นโจทย์สำคัญที่ท้าทายนักฟิสิกส์สายทดลองอยู่เช่นกัน ยังไม่นับเรื่องอื่นๆซึ่งจะเล่าให้ฟังในตอนนิวตริโนนะครับ
เลปตอนและควาร์ก
สุดท้ายขอปิดท้ายของอนุภาคมูลฐานที่เรียกว่า ควาร์ก ซึ่งก็สามารถแบ่งได้สามตระกูลเช่นเดียวกับเลปตอน การมีอยู่ของควาร์กสามตระกูลนี้เท่าจำนวนเท่ากับตระกูลของเลปตอนเป็นเรื่องบังเอิญหรือไม่ และทำไมต้องเป็นสาม นี่ก็ยังเป็นหนึ่งในคำถามที่ยังไม่มีใครล่วงรู้คำตอบเช่นกัน
*ยิ่งถ้าพิจารณาแผนภาพการสลายตัวของมิวออนอย่างละเอียดจะเห็นได้ว่า มิวออนสลายตัวให้ นิวตริโนแบบมิวออน และ อนุภาค W- จากนั้นอนุภาค W- จะสลายตัวให้อิเล็กตรอนและนิวตริโนแบบอิเล็กตรอนอีกที
- 8
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
