มรรค8 ประตูสู่ทฤษฎี ควาร์ก
ในทางพระพุทธศาสนา พระพุทธเจ้าได้กำหนด หนทางการปฏิบัติเพื่อการดับทุกข์ไว้ 8 ประการ เรียกว่า มรรคมีองค์ 8
ในทางฟิสิกส์ มรรค8 คือ หนทางที่นำไปสู่ความสำเร็จอันยิ่งใหญ่ของโลกฟิสิกส์ ที่ได้นำมนุษยชาติไปสู่ทฤษฎี ควาร์ก อนุภาคมูลฐานที่ก่อกำเนิดทุกสรรพสิ่งในจักรวาล
คำพูดนี้ฟังดูเหมือนจะนำพระพุทธศาสนากับฟิสิกส์มารวมกัน แต่ความจริงแล้ว มรรค 8 เป็นการยืมคำจากพุทธศาสนา มาใช้อธิบายในฟิสิกส์เท่านั้น เพราะ เกี่ยวข้องกับเลข 8 เหมือนกัน
โดย มรรค8 ในฟิสิกส์ถูกเสนอโดย เกลแมน (Murray Gell-Mann) ซึ่งเป็นหนทางในการจัดกลุ่มอนุภาค 8 ตัว จึงใช้คำว่า มรรค8 (Eightfold way) (ถึงแม้ว่าภายหลังจะมีอนุภาคเพิ่มมาเป็น 9 ตัว และ 10 ตัว ก็ยังเรียกว่า มรรค8 อยู่ดี)
Murray Gell-Mann
นับตั้งแต่ปี ค.ศ.1897 ที่ได้มีการค้นพบอิเล็กตรอน ต่อมาคือโปรตอนและนิวตรอน ตามลำดับ นักฟิสิกส์เชื่อว่าสรรพสิ่งในจักรวาลประกอบมาจากอนุภาคเหล่านี้ จึงเรียกว่า อนุภาคมูลฐาน ต่อมาไอสไตน์ก็ได้แนะนำเราให้รู้จักกับ อนุภาคแสง ที่เรียกว่า โฟตอน ในตอนนั้นผู้คนรู้จักอนุภาคเพียง 4 ชนิดเท่านั้น
จนกระทั่งเมื่อมีการสร้างเครื่องเร่งอนุภาคพลังงานสูง โดยการนำเอาอนุภาคเหล่านี้มาชนกัน ความมหัศจรรย์จึงบังเกิดขึ้นมาว่า มันมีอนุภาคเล็กๆมากมายกระจายออกมา โดยในปี ค.ศ.1965 มันมีอนุภาคมูลฐานมากถึง 32 ตัว และยังมีการค้นพบอนุภาคใหม่อยู่เรื่อยๆ
ด้วยความที่อนุภาคมีมากมายขนาดนี้ นักฟิสิกส์จึงได้แบ่งประเภทของอนุภาคออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ ตามชนิดของแรงที่อนุภาคทำอันตรกิริยาต่อกัน คือ "เลปตอน" เป็นอนุภาคที่เกี่ยวข้องกับแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน และ "ฮาดรอน" เป็นอนุภาคที่เกี่ยวข้องกับแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม
กลุ่มของอนุภาคที่จะนำเราไปสู่มรรค8 คือ ประเภทฮาดรอน โดยอนุภาคประเภทนี้ยังสามารถแบ่งออกได้อีก 2 ประเภท คือ แบริออน และ มีซอน ซึ่งแยกตามคุณสมบัติของแต่ละอนุภาค หลักๆประกอบด้วย สปิน(spin) ประจุ(charge) ความแปลก(strangeness)
ขอพูดถึงความแปลก(strangeness)ของอนุภาคก่อน โดยปกติ ถ้าอนุภาคถูกสร้างจากแรงอย่างเข้ม จะต้องสลายโดยอันตรกิริยาอย่างเข้มด้วย แต่อนุภาคประเภทฮาดรอนเหล่านี้ บางอนุภาคมันถูกสร้างขึ้นมาจากอันตรกิริยาอย่างเข้ม แต่ตอนสลายเหมือนกับว่าพวกมันถูกผลิตจากอันตกิริยาอย่างอ่อน
นักฟิสิกส์เกิดความแปลกใจขึ้นมา ก็เลยเรียกอนุภาคเหล่านี้ว่า อนุภาคแปลก (strange particle) โดยอนุภาคแปลกเหล่านี้ สามารถแบ่งแยกความแตกต่างได้จาก เลขควอนตัม ที่เรียกว่า เลขความแปลก (strangeness number) หรือเรียกสั้นๆ ความแปลก(strangeness)
เนื่องจากอนุภาคเหล่านี้กระจัดกระจายไม่เป็นหมวดหมู่ เพื่อความง่ายต่อการศึกษาเกลแมน ได้จัดอนุภาคเหล่านี้ออกเป็นกลุ่ม กลุ่มละ 8 ตัว เรียกว่า มรรค8 (ภายหลังถูกเพิ่มเข้ามาเป็น 9ตัว และ 10ตัว)
สิ่งที่เกลแมนทำ คล้ายกับสิ่งที่นักเคมีแบ่งธาตุต่างๆออกเป็น ตารางธาตุ นั่นเอง
โดยกลุ่มแรก เป็นอนุภาคประเภทแบริออน 8 ตัว ที่มีสปิน 1/2 เหมือนกันทุกตัว แต่จะแตกต่างกันที่ เลขความแปลก S และ ประจุ Q โดยเส้นแนวนอน จะบ่งบอกถึงเลขความแปลก เส้นแนวเฉียงจะบ่งบอกถึงประจุของอนุภาคนั้นๆ เช่น อนุภาค p(โปรตอน) มีความแปลก S=0 และ ประจุ Q=+1หรือ อนุภาค n(นิวตรอน) ความแปลก S=0 และ ประจุ Q=0 เป็นต้น
มรรค8 ของแบริออนกลุ่มที่มี สปิน1/2 เหมือนกัน (ภาพจาก: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Baryon_octet.svg)
กลุ่มที่สองเป็น มีซอน 8 ตัว ที่มีสปิน0 เหมือนกันทุกตัว (ภายหลังค้นพบอีก 1 เป็น 9 ตัว) ก็สามารถจัดกลุ่มได้ในลักษณะเดียวกัน
มรรค8 ของมีซอนกลุ่มที่มีสปิน0 เหมือนกัน (ภาพจาก: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Meson_nonet_-_spin_0.svg)
กลุ่มที่สามเป็น แบริออนเรโซแนนท์ 9 ตัว ทุกตัวมีสปิน3/2 (ภายหลังค้นพบอีก 1 เป็น 10 ตัว) โดยในกลุ่มนี้ แต่เดิมมีอนุภาคที่ถูกจัดกลุ่มเพียงแค่ 9 ตัวเท่านั้น แต่เกลแมนได้ใช้ มรรค8 ในการทำนายว่าจะต้องมีอนุภาคอีก 1 ตัวที่หายไป นั่นก็คือ อนุภาคตัวที่อยู่ล่างสุดของสามเหลี่ยม (ดูรูปข้างล่าง) โดยเกลแมนบอกว่า อนุภาคที่หายไปต้องมี เลขความแปลก S=-3 และ ประจุ Q=-1 ต่อมานักทดลองก็ได้พบอนุภาคนี้จริงๆ เป็นการยืนยันว่า การจัดกลุ่มของอนุภาคเป็นมรรค8 นั้นถูกต้อง
มรรค8 ของแบริออนกลุ่มที่มีสปิน3/2 เหมือนกัน (ภาพจาก: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Baryon_decuplet.svg)
แต่ มรรค8 เป็นเพียงการจัดกลุ่มของอนุภาคฮาดรอนเท่านั้น นับว่าเป็นเพียงประตูบานแรกในการพัฒนาทฤษฎี โดยความสำคัญของมรรค8 มาจากการตั้งคำถามที่ว่า ทำไมการจัดกลุ่มอนุภาคฮาดรอน ถึงมีรูปแบบประหลาดอย่างนี้? มันต้องมีกลไกอะไรบางอย่างที่ซ่อนอยู่เบื้องหลัง มรรค8 นี้
ความเข้าใจมรรค8 เริ่มเป็นรูปเป็นร่างขึ้นมาจาก เกลแมน คนเดิม เกลแมนบอกว่า รูปแบบ มรรค8 พวกนี้เกิดมาจาก อนุภาคมูลฐานที่เล็กกว่า ประกอบร่างกันขึ้นมา โดยอนุภาคมูลฐานเหล่านี้มี 3 ตัว เรียกว่า ควาร์ก (Quarks) เรียกว่า up, down และ strange โดยทุกตัวยังมี ปฏิอนุภาคของมันเอง (ภายหลังค้นพบว่า มีควาร์กถึง 6 ตัวด้วยกัน) ให้คิดเหมือนกับว่า นักเคมีจัดกลุ่มตารางธาตุ โดยธาตุแต่ละธาตุมีอะตอมเป็นองค์ประกอบย่อยอีกชั้นหนึ่ง ดังนั้น มรรค8 จึงมีองค์ประกอบย่อยจาก ควาร์ก จัดเรียงตัวกันในรูปแบบต่างๆ
มรรค8 มีองค์ประกอบย่อยของอนุภาคอีกชั้นหนึ่งเรียกว่า ควาร์ก (ภาพจาก: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Baryon-octet-small.svg)
จริงๆแล้ว เกลแมน ไม่ได้มั่วหรือมโนขึ้นมาเอง แต่มรรค8 เป็นสมมาตรทางคณิตศาสตร์ ที่ถูกพัฒนาขึ้นมาอย่างเป็นระบบ เรียกว่า Lie group SU(3) ซึ่งมีความซับซ้อนทางคณิตศาสตร์เป็นอย่างมาก โดยควาร์ก 3 ตัว ก็ถูกทำนายจากสมมาตร SU(3) เช่นกัน
การที่ เกลแมน ได้ค้นพบ มรรค8 ซึ่งเป็นหนทางแห่งการจัดกลุ่มอนุภาคฮาดรอน ได้เปิดประตูบานหนึ่งขึ้นมาให้กับฟิสิกส์ยุคใหม่ นั่นคือ ทฤษฎีควาร์ก หรือในปัจจุบันเป็นที่รู้จักในชื่อ quantum chromodynamic หรือ QCD เป็นหนึ่งในเสาหลัก ของทฤษฎีสนามควอนตัม ที่ประสบความสำเร็จเป็นอย่างมากในการศึกษาแรงนิวเคลียร์แบบเข้มในปัจจุบัน
เรียบเรียงโดย
นักฟิสิกส์ฝึกหัด
อ้างอิง
[2] หนังสือ ฟิสิกส์ของอนุภาคเบื้องต้น เขียนโดย รองศาสตรจารย์ จรัญ พรมสุวรรณ ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยนเรศวร
- 2
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
