เกิดจากควาร์กบางชนิดรวมตัวกัน

ควาร์ก

ควาร์ก (อังกฤษ: quark อ่านว่า /kwɔrk/ หรือ /kwɑrk/) คืออนุภาคมูลฐานและเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของสสาร ควาร์กมากกว่าหนึ่งตัวเมื่อรวมตัวกันจะเป็นอีกอนุภาคหนึ่งที่เรียกว่าแฮดรอน (อังกฤษ: hadron) ส่วนที่เสถียรที่สุดของแฮดรอนสองลำดับแรกคือโปรตอนและนิวตรอน ซึ่งทั้งคู่เป็นส่วนประกอบสำคัญของนิวเคลียสของอะตอม[1] เนื่องจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Color Confinement ควาร์กจึงไม่สามารถสังเกตได้โดยตรงหรือพบตามลำพังได้ มันสามารถพบได้ภายในแฮดรอนเท่านั้น เช่น แบริออน (ซึ่งโปรตอนและนิวตรอนเป็นตัวอย่าง) และภายใน มีซอน[2][3] (มี'ซอน หรือเมซ'ซัน เป็นอนุภาคที่มีมวลระหว่างอิเล็กตรอนกับโปรตรอน มีประจุเป็นกลาง หรือเป็นบวกหรือลบ มีค่าสปิน) ด้วยเหตุผลนี้ สิ่งที่เรารู้จำนวนมากเกี่ยวกับควาร์กจึงได้มาจากการสังเกตที่ตัวแฮดรอนเอง

ควาร์กมีอยู่ 6 ชนิด เรียกว่า 6 สายพันธุ์ หรือ flavour ได้แก่ อัพ (up), ดาวน์ (down), ชาร์ม (charm), สเตรนจ์ (strange), ท็อป (top), และ บอตทอม (bottom)[4] อัพควาร์กและดาวน์ควาร์กเป็นแบบที่มีมวลต่ำที่สุดในบรรดาควาร์กทั้งหมด ควาร์กที่หนักกว่าจะเปลี่ยนแปลงมาเป็นควาร์กแบบอัพและดาวน์อย่างรวดเร็วโดยผ่านกระบวนการการเสื่อมสลายของอนุภาค (อังกฤษ: particle decay) ซึ่งเป็นกระบวนการเปลี่ยนสถานะของอนุภาคที่มีมวลมากกว่ามาเป็นสถานะที่มีมวลน้อยกว่า ด้วยเหตุนี้ อัพควาร์กและดาวน์ควาร์กจึงเป็นชนิดที่เสถียร และพบได้ทั่วไปมากที่สุดในเอกภพ ขณะที่ควาร์กแบบชาร์ม สเตรนจ์ ทอป และบอตทอม จะเกิดขึ้นได้ก็จากการชนที่มีพลังงานสูงเท่านั้น (เช่นที่อยู่ในรังสีคอสมิกและในเครื่องเร่งอนุภาค)

ควาร์กมีคุณสมบัติในตัวหลายประการ ซึ่งรวมถึงประจุไฟฟ้า ประจุสี สปิน และมวล ควาร์กเป็นอนุภาคมูลฐานเพียงชนิดเดียวในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคที่สามารถมีปฏิกิริยากับแรงพื้นฐานได้ครบหมดทั้ง 4 ชนิด (คือ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า, แรงโน้มถ่วง, อันตรกิริยาอย่างเข้ม และอันตรกิริยาอย่างอ่อน) รวมถึงยังเป็นอนุภาคเพียงชนิดเดียวเท่าที่รู้จักซึ่งมีประจุไฟฟ้าที่ไม่ใช่ตัวเลขจำนวนเต็มคูณกับประจุมูลฐาน ทุกๆ สายพันธ์ของควาร์กจะมีคู่ปฏิยานุภาค เรียกชื่อว่า ปฏิควาร์ก ซึ่งมีความแตกต่างกับควาร์กแค่เพียงคุณสมบัติบางส่วนที่มีค่าทางขนาดเท่ากันแต่มีสัญลักษณ์ตรงกันข้าม

มีการนำเสนอแบบจำลองควาร์กจากนักฟิสิกส์ 2 คนโดยแยกกัน คือ เมอร์เรย์ เกลล์-แมนน์ และ จอร์จ ซวิก ในปี ค.ศ. 1964[5] ซึ่งเสนอว่าควาร์กเป็นส่วนหนึ่งของรูปแบบของแฮดรอน มีหลักฐานที่แสดงถึงการมีอยู่จริงของพวกมันเพียงเล็กน้อยเท่านั้น จนกระทั่งมีการทดลองการกระจายแบบไม่ยืดหยุ่นแต่ลึก (อังกฤษ: Deep inelastic scattering) ที่ห้องทดลองการเร่งอนุภาคแห่งชาติ SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) ในปี ค.ศ. 1968[6][7] เริ่มมีการสังเกตเฟลเวอร์ทั้งหกของควาร์กจากการทดลองเร่งอนุภาคในครั้งนั้น ควาร์กแบบทอป ซึ่งสังเกตพบครั้งแรกที่ เฟอร์มิแล็บ ในปี ค.ศ. 1995 นับเป็นเฟลเวอร์ที่ถูกค้นพบเป็นลำดับสุดท้าย[5]

ภาพแสดงแรงของอันตรกิริยาอย่างอ่อนระหว่างควาร์กทั้งหก "ความเข้ม" ของเส้นถูกนิยามขึ้นโดยองค์ประกอบของ CKM matrix

โปรตอนกักเก็บ “ชาร์มควาร์ก” อนุภาคมูลฐานที่หนักกว่าไว้ภายในได้

ที่มาของภาพ, Getty Images

คำบรรยายภาพ,

ภาพจำลองคู่โปรตอนที่กำลังชนกัน ภายในโปรตอนแต่อนุภาคมีอัพควาร์ก 2 ตัว และดาวน์ควาร์ก 1 ตัว

21 สิงหาคม 2022

ความแปลกประหลาดของวิชาฟิสิกส์ควอนตัมปรากฎขึ้นอีกครั้ง เมื่ออนุภาคโปรตอนที่อยู่ในนิวเคลียสของอะตอม สามารถจะบรรจุควาร์ก (Quark) ชนิดที่หนักกว่าตัวมันเองถึง 1.5 เท่า

รายงานการค้นพบข้างต้นตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 17 ส.ค. โดยคณะนักวิทยาศาสตร์นานาชาติของยุโรป นำโดยทีมจากมหาวิทยาลัย Vrije University Amsterdam ในประเทศเนเธอร์แลนด์ ได้พยายามวิเคราะห์โครงสร้างของโปรตอน โดยดูจากข้อมูลหลักฐานการชนอนุภาคในการทดลอง Z-boson ของเครื่องชนอนุภาค LHC

ผลปรากฏว่าอัลกอริทึมของโปรแกรมปัญญาประดิษฐ์หรือเอไอ ที่ได้รับการฝึกฝนมาให้มองหารูปแบบโครงสร้างของโปรตอนที่เป็นไปได้จากข้อมูลดังกล่าว ชี้ว่าโปรตอนสามารถจะมีควาร์ก ซึ่งเป็นอนุภาคมูลฐานอีกแบบหนึ่งที่เล็กกว่าได้มากกว่า 3 ตัว ทั้งที่ตามปกติแล้วโปรตอนแต่ละอนุภาคจะมีเพียงอัพควาร์ก 2 ตัว และดาวน์ควาร์กอีก 1 ตัวเท่านั้น

• นักฟิสิกส์ค้นพบอนุภาคใหม่ เครือญาติ “ฮิกส์โบซอน”
• แอลเอชซีเดินเครื่องชนอนุภาครอบใหม่ มุ่งค้นหาที่มา "สสารมืด"
• พบความดันในโปรตอนสูงกว่าใจกลางดาวนิวตรอน 10 เท่า

ยิ่งไปกว่านั้น ควาร์กชนิดพิเศษที่โปรตอนสามารถจะกักเก็บไว้ภายในตัวมันได้ คือควาร์กมวลมากที่เรียกว่า “ชาร์มควาร์ก” (Charmquark) ซึ่งหนักกว่าโปรตอนถึง 1.5 เท่า นอกจากนี้ค่าโมเมนตัมของโปรตอนราว 0.5% ก็ยังมาจากอิทธิพลของชาร์มควาร์กนี้อีกด้วย

อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์แปลกประหลาดนี้สามารถเกิดขึ้นได้ เนื่องจากชาร์มควาร์กดูเหมือนจะมีมวลลดลงเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของโปรตอน ขณะที่มันถูกกักเก็บเอาไว้ภายใน ซึ่งแสดงว่าอนุภาคโปรตอนรองรับหรือ “แบก” มวลที่หนักอึ้งของชาร์มควาร์กไว้เพียงบางส่วนเท่านั้น

ที่มาของภาพ, Getty Images

ที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ไม่ทราบรายละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของโปรตอนมากนัก ทั้งที่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการค้นหาแบบจำลองพื้นฐานใหม่ของฟิสิกส์อนุภาค อันเป็นหัวใจสำคัญที่จะผลักดันให้เกิดความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในยุคถัดไป

สำหรับการค้นพบในครั้งนี้ ทีมผู้วิจัยบอกว่าถือเป็นหลักฐานที่ชัดเจนเป็นรูปธรรมชิ้นแรก ซึ่งสามารถยืนยันถึงโครงสร้างภายในที่แปลกประหลาดซับซ้อนของโปรตอนได้ นอกจากนี้ คณะนักวิทยาศาสตร์ที่กำลังศึกษาทดลองด้านฟิสิกส์อนุภาคทั่วโลก สามารถนำความรู้ใหม่เรื่องโปรตอนไปปรับใช้กับการศึกษาของตนได้ด้วย ซึ่งรวมไปถึงอุปกรณ์สังเกตการณ์ที่คอยตรวจจับอนุภาคนิวทริโนทั้งหลาย เช่นโครงการไอซ์คิวบ์ (IceCube) ที่ทวีปแอนตาร์กติกา

ข้อใดเกิดจากควาร์กบางชนิดรวมตัวกัน

โปรตอนเกิดจากควาร์กใด

โปรตอนเกิดจากการรวมตัวกันของอนุภาคใด

นิวตรอน ประกอบด้วย ควาร์ก มีกี่ชนิด