Quark

จาก Thailand Science and Technology Wikipedia

Quark

ควาร์ก (Quark) เป็นชื่อที่เรียกอนุภาคมูลฐานซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานจริงๆ ส่วนหนึ่งของอนุภาคทั้งมวลในจักรวาล ทฤษฎีที่มาของควาร์ก ธรรมชาติของควาร์ก จำนวนของควาร์ก มาถึงวันนี้ ก็ยังไม่ยุติอย่างเด็ดขาด เพราะตั้งแต่กำเนิดทฤษฎีเกี่ยวกับควาร์กเมื่อปี ค.ศ.1964 ก็มีการเปลี่ยนแปลงในสาระสำคัญบางประการเรื่อยมา

ผู้ให้กำเนิดทฤษฎีเกี่ยวกับควาร์กคือ เมอร์เรย์ เกลล์-แมนน์ (Murray Gell-Man) และกระบวนการความคิดนำเขาสู่ทฤษฎีควาร์กก็ค่อนข้างแปลก แต่ก็น่าสนใจโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชาวพุทธ เพราะ เมอร์เรย์ เกลล์-แมนน์ บอกว่าเขาเดินทางสู่บทสรุปเป็นทฤษฎีควาร์กโดยอาศัยวิธีการของพุทธศาสนาคือ มรรค8

โดยสาระหลักของทฤษฎีควาร์ก คือ อนุภาคหลายชนิดที่เคยเข้าใจกันมาก่อนว่าเป็นอนุภาคมูลฐาน (เล็กที่สุดแล้ว แบ่งแยกไม่ได้อีกแล้ว) เช่น โปรตอน นิวตรอน แท้จริงแล้วก็ยังประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานจริงๆ เล็กลงไปอีก คือ ควาร์ก

ตามทฤษฎีควาร์กของ เมอร์เรย์ เกลล์-แมนน์ ควาร์กเป็นอนุภาคมูลฐานจริงๆ ของสสารในจักรวาล โดยที่ควาร์กแต่ละตัวจะมีประจุไฟฟ้าเป็นเศษส่วนของอิเล็กตรอน ซึ่งนับเป็นความคิดใหม่ของฟิสิกส์ เพราะตามทฤษฎีของฟิสิกส์ที่ยึดถือกันมา อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นหน่วยเล็กที่สุดแล้วในธรรมชาติ ไม่มีอนุภาคใดจะมีประจุไฟฟ้าเล็กไปกว่าของอิเล็กตรอนได้

แต่ตามทฤษฎีใหม่ของ เมอร์เรย์ เกลล์-แมนน์ ควาร์กจะมีประจุไฟฟ้าเล็กกว่าของอิเล็กตรอนเสียอีก โดยจะมีประจุไฟฟ้าได้เป็น 1/3 หรือ 2/3 เสมอ

หลังจากที่ เมอร์เรย์ เกลล์-แมนน์ ได้เสนอทฤษฎีควาร์กของเขาแล้ว ทฤษฎีเกี่ยวกับองค์ประกอบพื้นฐานของสสาร หรือทฤษฎีอนุภาคมูลฐาน ก็ต้องผ่านการปรับเปลี่ยนและปรับปรุงครั้งใหญ่ จนกระทั่งล่าสุดถึงวันนี้ ทฤษฎีโครงสร้างของสสารในจักรวาล สรุปอย่างคร่าวๆ ได้ดังนี้

1. อนุภาคหนัก หรือ hadron ซึ่งมีควาร์กเป็นองค์ประกอบพื้นฐานและ
2. อนุภาคเบา หรือ lepton ประกอบด้วยอนุภาคที่มีเป็นอนุภาคมูลฐานของตนเองอยู่แล้ว เช่นอิเล็กตรอน นิวตริโน (neutrino) มิวออน(muon) อนุภาคเทา(tau particle) ฯลฯ

สำหรับอนุภาคในกลุ่ม hadron แบ่งออกเป็นสองกลุ่มย่อยลงไปอีกคือ

1. แบรีออน (baryon) เป็นอนุภาคหนัก จริงๆ และมีเสถียรภาพสูง เช่น โปรตอน นิวตรอน
2. เมซอน (meson) เป็นอนุภาคหนักขนาดกลาง เช่น ไพ-เมซอน หรือ ไพออน (pi-meson หรือ pion) เค-เมซอน หรือเคออน (k-meson หรือ kaon) อนุภาคไซ หรืออนุภาคเจ (psi particle หรือ j particle)

อนุภาคจำพวกแบรีออน เช่นโปรตอน นิวตรอน ประกอบด้วยควาร์กสามตัว ส่วนอนุภาคจำพวกเมซอนจะประกอบด้วยควาร์กกับปฎิควาร์ก (antiquark)

สำหรับจำนวนของควาร์ก ตามทฤษฎีควาร์กแต่ดั้งเดิมที่ เมอร์เรย์ เกลล์-แมนน์ เสนอเมื่อปี ค.ศ.1964 เขาเชื่อว่าอนุภาคทุกชนิดที่มีอยู่ในธรรมชาติล้วนแต่ประกอบด้วยควาร์ก 3 ตัว กับแอนติควาร์กอีก 3 ตัวเท่านั้น ไม่ว่าจะเป็นโปรตอน นิวตรอน อิเล็กตรอน และอนุภาคอื่นๆ ทุกชนิด

ต่อมาจากความคิดและหลักฐานข้อมูลใหม่ ทฤษฎีควาร์กก็ได้รับการปรับปรุง โดยที่ล่าสุดจำนวนควาร์กที่เป็นควาร์กมูลฐานจริงๆ มีอยู่ 6 ตัว แบ่งตาม flavour แปลว่า รส แต่มิได้หมายถึงรสแบบรสอาหาร ดังนี้ 1.up แปลว่าขึ้น 2.down แปลว่าลง 3.cham แปลว่าเสน่ห์ 4.strange แปลว่าแปลก 5.bottom แปลว่าต่ำสุด และ 6.top แปลว่าบนสุด

นอกเหนือไปจากนี้ก็เป็นไปได้มากว่าบรรดาควาร์กพื้นฐานทั้งหกตัวนี้ แต่ละตัวจะยังแบ่งย่อยลงไปอีกเป็น 3 colour charge คือ แดง เขียว และน้ำเงิน ทั้งนี้เพื่อให้สอดคล้องกับ หลักการไม่ซ้อนกัน หรือ exclusion principle ของทฤษฎีควอนตัม

ดังนั้นถึงวันนี้ควาร์กอาจมีทั้งหมด 18 ตัว แบ่งตาม flavour จำนวน 6 ตัว กับแอนติควาร์กอีก 6 ตัว รวมแล้ว 12 ตัว

การค้นพบควาร์กที่ทำกันมา มุ่งค้นหาควาร์กตาม flavour และได้ค้นพบควาร์กครบหมด 6 ตัวแล้ว โดยตัวสุดท้ายคือ top ถูกค้นพบเมื่อปี ค.ศ.1994

สำหรับที่มาของคำว่า quark เมอร์เรย์ เกลล์-แมนน์ นำคำว่า quark มาจากบทกวีเสียดสี ใช้คำแปลกๆ ชื่อ Finnegans Wake ของ James Joyce จากบท Three Quarks For Muster Mark! โดยคำว่า quark มีความหมายเชิงล้อเลียนเสียงร้องของสัตว์ดังเช่นกบ หรือเสียงร้องห้าวๆ ของนกจำพวกกา โดยที่ Muster Mark ในบทกวีนั้น ถูกตีความว่าหมายถึง Mister Mark หรือพระเจ้ามาร์ก (King Mark) แห่งอังกฤษ

ตามคำกล่าวถึงที่มาของคำ quark โดย เมอร์เรย์ เกลล์-แมนน์ เองในตอนแรกเขานึกถึงคำออกเสียงเป็น kwork ตามบทกวีของ James Joyce ที่เขาชอบโดยยังมิได้ตรวจสอบการสะกดคำ เพราะในบทกวีที่เขาจำได้ มีข้อความสำคัญคือเสียงร้อง kwork สามครั้ง ซึ่งตรงกับจำนวนของควาร์กตามทฤษฎีของเขาตอนนั้นที่มีควาร์กอยู่แค่ 3 ตัว จนกระทั่งได้ตรวจสอบกับบทกวีจริงๆ จึงเปลี่ยนจาก kwork เป็น quark และใช้กันตลอดมา