เครื่องเร่งอนุภาค (accelerator) เป็นเครื่องมือที่สร้างขึ้นเพื่อใช้เร่งอนุภาคได้แก่ อิเล็กตรอน โปรตอนและไอออนต่าง ๆ ให้มีความเร็วสูงๆ ถึงตรงนี้หลายคนคงสงสัยว่า ทำไมต้อง
มีการเร่งอนุภาคด้วยล่ะ ถ้าคิดแบบง่าย ๆ ก็คงคล้ายกับการที่เราอยากรู้ว่ามีอะไรอยู่ในห่อของขวัญ เราต้องเปิดห่อนั้นออกก่อนจึงจะเห็นของข้างใน ทำนองเดียวกันนักวิทยาศาสตร์อยากรู้ว่าจะมีอะไร
อยู่ในอนุภาคอิเล็กตรอน โปรตอนและไอออนต่าง ๆ บ้าง พวกเขาจึงต้องพยายามทำให้อนุภาคเหล่า
นั้นแตก เพื่อที่จะดูว่ามีอะไรอยู่ข้างใน ซึ่งคงไม่ใช่เอามือแกะออกเหมือนกับการแกะห่อของขวัญแน่ แต่ต้องใช้เครื่องเร่งอนุภาค เพื่อเร่งอนุภาคบางอย่างให้มีความเร็วสูง ๆ ซึ่งจะทำให้มีพลังงานสูงด้วย โดยที่พลังงานของอนุภาคที่ถูกเร่งนั้นต้องมากจนกระทั่งสามารถฝ่าแรงยึดเหนี่ยวของอนุภาคที่ถูกชน
จึงจะทำให้อนุภาคที่ถูกชนแตกออก และเนื่องจากอนุภาคที่ถูกทำให้มีความเร็วสูงขึ้นนั้น ขณะเดียว
กันก็จะมีขนาดเล็กลง (ความยาวคลื่นสสารสั้นลง) ด้วย ดังนั้นเมื่อเจอกับอนุภาคส่วนที่แตกออกมา
และมีขนาดจิ๋วพอๆ กัน จึงทำให้เราเก็บข้อมูลเกี่ยวกับอนุภาคส่วนที่แตกออกมานั้นได้ เหมือนกับที่
แสงช่วยให้เรามองเห็นได้ เฉพาะกับสิ่งของที่มีขนาดเท่ากับ หรือใหญ่กว่าความยาวคลื่นแสง เท่านั้น
แต่จะใช้มองดูของที่มีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นแสงไม่ได้ นั่นเอง (ความยาวคลื่นแสงเป็นตัวกำหนด
ขนาดของสิ่งของที่คนเรามองเห็น)
สมการเกี่ยวกับความยาวคลื่นสสารของ เดอ บรอยล์ ดังนี้ คือ
λ = h/p
λ คือความยาวคลื่นสสารของเดอ บรอยล์
h คือค่าคงที่ของพลังค์
p คือโมเมนตัม(คือมวล(m)คูณความเร็ว(v))
|
สมการนี้บอกเราว่า สำหรับอนุภาคที่วิ่งเร็วมาก ๆ (v มาก) จะมีโมเมนตัมมาก ( p มาก ) เป็นผลให้มีความยาวคลื่นสสารสั้นลง
อะไรจะเกิดขึ้นถ้าเพิ่มโมเมนตัม |
| |
|
|
|
|
โมเมนตัม (p) เป็นผลคูณของมวล (m)และความเร็วของอนุภาค (v) เขียนเป็นสมการได้คือ p = mv มีหน่วยตามระบบ SI เป็น kg.m/s สำหรับอนุภาคที่มีความเร็วไม่มากนักมักใช้หน่วย eV/c แต่สำหรับอนุภาคที่มีความเร็วใกล้ความเร็วแสงใช้หน่วย eV โดยที่ eV คือหน่วย อิเล็กตรอนโวลต์ หมายถึง พลังงาน
ซึ่งเท่ากับพลังงานที่อิเล็กตรอนได้รับเมื่อเคลื่อนที่ผ่านความต่างศักย์ 1 โวลต์ และ c คือ ความเร็วแสง
จากภาพระดับพลังงานต่างๆ มีค่าดังนี้
1 MeV = 106 eV (อ่านว่า เมกะอิเล็กตรอนโวลต์)
1 GeV = 109 eV (อ่านว่า จิกะอิเล็กตรอนโวลต์)
1 TeV = 1012 eV (อ่านว่า เทระอิเล็กตรอนโวลต์) |
จากภาพด้านบนถ้าเราเพิ่มโมเมนตัมให้สูงขึ้น จะพบว่าความยาวคลื่นสสารจะลดลง
และเป็นผลให้เรา
ค้นพบอนุภาคขนาดเล็กลงด้วย
สำหรับแนวคิดเกี่ยวกับเครื่องเร่งอนุภาคเริ่มขึ้นตั้งแต่ในปี
ค.ศ. 1911 โดย เออร์เนสต์
รัทเทอร์ฟอร์ด( Ernest Rutherford) และคณะจากห้องปฏิบัติการวิจัยคาเว็นดิช
(Cavendish )
มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์(Cambridge ) จากการทดลองเรื่องการกระเจิงของอนุภาคแอลฟาเมื่อพุ่ง
ชนนิวเคลียสของทอง อนุภาคแอลฟาที่ใช้ยิงมาจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีซึ่งมีแรงไม่มาก
พอที่จะฝ่าแรงคูลอมบ์เข้าไปถึงนิวเคลียสของทองได้ จึงจำเป็นต้องสร้างเครื่องมือบางอย่างมาช่วย
เร่งอนุภาคให้มีพลังงานสูงมากพอที่จะทะลวงเข้าไปในใจกลางของทองให้ได้
|
