เครื่องตรวจวัดการสั่นสะเทือนรุ่นใหม่ของ CERN มีส่วนช่วยในการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงของ Virgo

          คงมีข่าววิทยาศาสตร์เพียงไม่กี่ข่าวที่ทำให้คนเกือบทั้งโลกหันมาสนใจอย่างพร้อมเพรียงกัน ข่าวการค้นพบอนุภาคฮิกส์โบซอน (Higgs Boson) เมื่อปี ค.ศ.2012 คงเป็นหนึ่งในนั้น เพราะการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ในครั้งนั้นได้ทำให้ผู้คนมากมายที่อยู่นอกวงการฟิสิกส์เริ่มรู้จักกับคำว่าฟิสิกส์อนุภาค (Particle Physics) เครื่องเร่งอนุภาค (Particle Accelerator) และองค์การวิจัยนิวเคลียร์ยุโรป (European Organization for Nuclear Research หรือ CERN)

          เครื่องเร่งอนุภาคฮาดรอนแบบปะทะขนาดใหญ่ (Large Hadron Collider หรือ LHC) ซึ่งซ่อนตัวอยู่ใต้ดินที่ CERN เป็นสิ่งประดิษฐ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ใหญ่เป็นอันดับต้นๆ ที่มนุษย์เคยสร้างมา แต่ความใหญ่โตของมันก็ทำให้มันได้รับผลกระทบจากสัญญาณรบกวนที่มาจากพื้นดินหลายอย่าง ไม่ว่าจะเป็นแรงสั่นสะเทือนจากการคมนาคม แผ่นดินไหว ไปจนถึงการขยับตัวของพื้นดินเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ ด้วยเหตุนี้นักวิทยาศาสตร์ที่ CERN จึงต้องพัฒนาเครื่องตรวจวัดคลื่นไหวสะเทือน (Seismometer) ให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นเพื่อลดผลกระทบที่มีต่อการวิจัยด้านฟิสิกส์อนุภาค


          ไม่นานมานี้ นักวิจัยจาก CERN และ Joint Institute for Nuclear Research (JINR) จากประเทศรัสเซีย ได้ร่วมกันพัฒนาเครื่องตรวจวัดคลื่นไหวสะเทือนชนิดใหม่ที่เรียกว่า Precision Laser Inclinometers (PLI) โดยอุปกรณ์ดังกล่าวเป็นการยิงแสงเลเซอร์ไปยังพื้นผิวของของเหลวแล้วสังเกตผลลัพธ์จากการสะท้อนแสงของมัน ซึ่ง PLI สามารถตรวจวัดการเปลี่ยนตำแหน่งของวัตถุได้ทุกแนวและสามารถตรวจวัดการเคลื่อนไหวที่มีความถี่ตั้งแต่ 1 mHz ถึง 12.4 Hz ด้วยความไว (Sensitivity) สูงถึง 2.4x10-5 μrad/Hz½ ได้อย่างแม่นยำ!

            ทีมนักวิจัยได้ทำการทดสอบเครื่อง PLI ทั้งที่ JINR และที่ CERN เนื่องจากเครื่อง High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) ที่จะเปิดใช้งานในอนาคตจะมีการบีบลำของโปรตอนให้เล็กลง (การชนกันของอนุภาคภายในลำอนุภาคที่มีพื้นที่หน้าตัด 1 ตารางเซนติเมตรเรียกว่า Luminosity) เพื่อเพิ่มอัตราการชนระหว่างโปรตอนกับโปรตอน (Proton–Proton Collisions) ซึ่งการบีบลำของอนุภาคอาจทำให้คลื่นไหวสะเทือนจากแผ่นดินไหวส่งผลกระทบต่อการชนกันของลำโปรตอนได้ ผลการทดสอบพบว่าเครื่อง PLI สามารถนำมาใช้เป็นระบบแจ้งเตือนการสั่นสะเทือนล่วงหน้า (Early Warning Seismic System) ได้เป็นอย่างดี


          ตอนนี้ นักวิจัยได้ทำการติดตั้งเครื่อง PLI ที่สถาบันวิจัยหลายแห่ง เช่น Garni Seismic Observatory ที่ประเทศอาร์เมเนีย รวมถึง European Gravitational Observatory ในประเทศอิตาลีที่เครื่องตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงชื่อ Advanced Virgo ตั้งอยู่ ทำให้การตรวจวัดสัญญาณรบกวนจากแผ่นดินไหวขนาดเล็กและแรงสั่นสะเทือนอื่นๆ สามารถทำได้อย่างรวดเร็ว แม่นยำ และลดผลกระทบที่มีต่อการทำวิจัยได้เป็นอย่างดี


         ข่าวนี้แสดงให้เห็นว่าเครื่อง PLI เป็นการแบ่งปันคุณประโยชน์ระหว่างฟิสิกส์อนุภาค ฟิสิกส์คลื่นความโน้มถ่วง ฟิสิกส์เชิงแสง และธรณีฟิสิกส์อย่างแท้จริง พวกเราคงต้องเฝ้าติดตามกันต่อไปว่าเครื่อง HL-LHC และเครื่อง Advanced Virgo ที่มีเครื่อง PLI เป็นกองหนุนจะค้นพบอนุภาคใหม่ๆ หรือคลื่นความโน้มถ่วงใหม่ๆ ในอนาคตได้อีกหรือไม่


อ้างอิง
 

• https://home.cern/news/news/engineering/sensor-used-cern-could-help-gravitational-wave-hunters?fbclid=IwAR0nWLMD6J3N2WW-tzFX0TtidgaiCGwMT5zcvfOuQf7MKcNlnwerJdaMZaU