นักปืนเขาสองคน ได้ปืนขึ้นมาถึงยอดขาเอเวอเรสต์ ยอดเขาที่สูงที่สุดในโลก พวกเขาต้องการบันทึกภาพความสำเร็จนี้เอาไว้ แต่กล้องที่พวกเขามี สามารถบันทึกภาพไว้ได้เพียงภาพเดียวเท่านั้น เพราะแบตเตอรี่ใกล้หมดเต็มที ใครจะเป็นคนถ่ายภาพ ใครจะเป็นคนแสดงท่าดีใจให้อีกคนถ่าย

            ถ้าสถานการณ์นี้ เกิดขึ้นกับผู้ที่กำลังอ่านบทความนี้ หลายท่านคงตัดสินใจลำบาก เพราะถ้าจะยอมเป็นผู้ถ่ายภาพให้กับเพื่อนอีกคนการฝ่าฟันอุปสรรคต่าง ๆ ทั้งความหนาวเย็น หิวโหย เหนื่อยลำ และ การเสี่ยงชีวิต เพื่อให้มถึงยอดขา จะเหลือแต่ความทรงจำ ที่ไม่มีการบันทึกไว้เป็นหลักฐานเก็บไว้ให้กับ ญาติพี่น้อง เพื่อน ๆ และ ซางโลกได้ชื่นชม แต่เมื่อลองได้อ่านเบื้องหลังของผลงานที่ได้รับรางวัลโนเบล

            สาขาฟิสิกส์ ปี ค.ศ. 2013 ต่อไปนี้ การตัดสินใจกับสถานการณ์คล้ายกันนี้ อาจจะง่ายขึ้นรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปี ค.ศ. 2013 ของนักฟิสิกส์ 2 คน 2 สัญชาติ ที่นำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับกระบวนการที่ได้มาซึ่งมวลของอนุภาคมูลฐาน ที่เรียกว่า กระบวนการบีอีเอช (BEH mechanism) นักฟิสิกส์ 2 ท่านนั้น ได้แก่ ปีเตอร์ ฮิกส์ (Peter Higgs) ชาวสกอตแลนด์ และ ฟรองซัวส์ อองแกลร์ (Francois Englert) ชาวเบลเยี่ยม โดยตัวอักษร BEH เป็นตัวอักษรขึ้นต้นของนามสกุลของผู้นำเสนอแนวคิดของกระบวนการดังกล่าวทั้ง 3 คน นักฟิสิกส์อีกคน คือ โรเบิร์ต เบลาต์ (Robert Brout) ได้เสียชีวิตไปแล้ว

ภาพที่ 1 ฟรองซัวล์ อองแกลร (ซ้าย) ปีเตอร์ ฮิกส์ (กลาง) โรเบิร์ต เบลาต์(ขวา)
(ที่มา: http://wwhw.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2013/ และ http://cemncourier.com/cws/article/cem/35887)

            คนที่เห็นว่ารางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ปี ค.ศ. 2013 เป็นเรื่องไกลตัว ไม่น่าสนใจ และยากเกินกว่าจะเข้าใจ คไม่แปลกอะไรเพราะผู้ที่จะทำความเข้าใจกระบวนการบีอีเอชได้ ต้องมีความรู้ฟื้นฐานทางฟิสิกส์ที่ต้องต่อยอดกันมาหลายชั้น โดย สามารถแสดงเป็นแผนภาพเปรียบเทียบกับการปีนเขา ได้ดังนี้

ภาพที่ 2 แผนภาพแสดงหัวข้อในสาชาฟิสิกส์ที่ต้องเรียนรู้เพื่อทำความเข้าใจกระบวนการบีอีเอช
ซึ่งเปรียบเสมือนการปืนเขาเพื่อพิชิตยอดเขาของเขาลูกหนึ่ง

            จะเห็นได้ว่า ผู้ที่จะเรียนรู้เกี่ยวกับกระบวนการบีอีเอชต้องมีความเข้าใจทั้งทางด้าน กลศาสตร์ ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ กลศาสตร์ควอนตัม และ ทฤษฎีสนาม ซึ่งเป็นการเรียนรู้ที่มีลักษณะของการต่อยอดความรู้คล้ายกับการพยายามปีนเขาไปที่สูงขึ้นไปเรื่อย ๆ ก่อนจะสามารถไปชื่นชมบรรยากาศและทัศนียภาพที่สวยงามจากยอดเขาที่เปรียบเสมือนกับการได้สัมผัสกับความงดงามจากการได้เข้าใจกระบวนการบีอีเอช

            นอกจากความรู้ความเข้าใจเชิงทฤษฎีทางฟิสิกส์แล้วการที่จะสามารถพิสูจน์ถึงความถูกต้องของกระบวนการบีอีเอชเชิงการทดลองได้นั้น นักฟิสิกส์ต้องอาศัยความรู้ความเข้าใจทางด้านเครื่องมือที่ใช้ในการทดลองที่ล้วนอยู่บนพื้นฐานของเทคโนโลยีและวิทยาการที่ล้ำสมัยในหลาย ๆ ด้าน ไม่ว่าจะเป็น เทคโนโลยีด้านเครื่องเร่งอนุภาค เทคโนโลยีด้านเครื่องตรวจจับอนุภาค เทคโนโลยีด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์ รวมไปถึง ความสามารถในการวิเคราะห์ข้อมูลที่ชับซ้อนปริมาณมหาศาล และ ความสามารถในการประสานงานและทำงานร่วมกัน

            ในด้านการทดลองเพื่อพิสูจน์กระบวนการบีอีเอช นักฟิสิกส์ต้องออกแบบและพัฒนาเครื่องเร่งอนุภาคที่สามารถสร้งสภาวะที่"อนุภาคฮิกส์" (ซึ่งเป็นหลักฐานของการเกิดกระบวนการบีอีเอช) จะสามารถปรากฏตัวให้เห็น ซึ่งเป็นสภาวะพลังงานสูงในระดับที่ใกล้เคียงกับสภาวะหลังจากการก่อกำเนิดเอกภพ (Big Bang) ได้เพียงเศษเสี้ยววินาที เครื่องเร่งอนุภาคที่จะสามารถทำให้เกิดสภาวะดังกล่าวได้นั้น ต้องมีสมรรถนะสูงอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนและต้องเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ก้าวข้ามขีดจำกัดทางเทคโนโลยีในอดีต และเมื่ออนุภาคฮิกส์ปรากฏตัวให้เห็นแล้วการที่นักฟิสิกส์จะสามารถตรวจจับและบันทึกร่องรอยของอนุภาคฮิกส์ไว้ได้ พวกเขาต้องอาศัยเครื่องมือสำคัญที่เรียกว่าเครื่องตรวจจับอนุภาค สำหรับการเก็บหลักฐานของการปรากฏตัวของอนุภาคฮิกส์เอาไว้ โดยเครื่องตรวจจับอนุภาคต้องมีเซ็นเซอร์หลายล้นเซ็นเซอร์ สำหรับทำการวัดค่าต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นจากการชนกันแล้วสลายไปของอนุภาคต่าง ๆ นับร้อยล้านครั้ง ก่อนจะนำไปวิเคราะห์ด้วยระบบการประมวลผลทางคอมพิวเตอร์สมรรถะสูง สำหรับการยืนยันถึงความมีอยู่จริงของอนุภาคฮิกส์ให้ชาวโลกได้รับรู้

            ด้วยขั้นตอนที่ชับซ้อน และเทคโนโลยีที่ล้ำสมัยในหลาย ๆ ด้านการทำงานเพื่อพิสูจน์การมีอยู่จริงของอนุภาคฮิกส์จึงไม่อาจทำได้โดยนักวิทยาศาสตร์เพียงไม่กี่คน ดังเช่นการค้นพบดีเอ็นเอ หรือ การค้นพบรังสีเอ็กซ์ ที่สามารถทำได้โดยนักวิทยาศาสตร์เพียง 1 หรือ 2 คน แต่การทำการทดลองเพื่อค้นหาอนุภาคฮิกส์ต้องอาศัยความร่วมมือของนักฟิสิกส์วิศวกร และผู้ชี่ยวชาญจากหลากหลายสาขา ที่อยู่ตามสถาบันต่าง ๆ ทั่วโลก จำนวนกว่าหลายพันคน ประสานงาน แลกเปลี่ยนเรียนรู้ ค้นคว้าวิจัย และ พัฒนา ร่วมกัน ด้วยเหตุนี้ ความสามารถในการทำงานร่วมกันเป็นทีม จึงเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่งในการค้นคว้า วิจัย เพื่อค้นหาอนุภาคฮิกส์

ภาพที่ 3 นักวิทยาศาสตร์ในโครงการ CMS ขององค์กร CEAN โครงการ CMS
เป็นหนึ่งในโครงการที่ได้ทำการทดลองเพื่อค้นหาอนุภาคฮิกส์
โดยมีนักวิทยาศาสตร์ร่วมโครงการกว่า 3,000 คน จากกว่า 40 ประเทศทั่วโลก
(ที่มา: http://cds.cem.ch/collection/CMS%620Photos?(n=en)

            จนกระทั่งในปี ค.ศ. 2012 นักฟิสิกส์ได้ประสบความสำเร็จในการค้นพบอนุภาคฮิกส์ โดยอาศัยเครื่องตรวจจับอนุภาคที่มีชื่อเรียกว่า ซีเอ็มเอส (CMS: Compact Muon Solenoid) และแอทลาส (ATLAS: A Toroidal LHC Apparatus) ซึ่งเป็นครื่องตรวจจับอนุภาคในโครงการวิจัยขององค์กรวิจัยนิวเคลียร์แห่งชาติยุโรป หรือ เซิร์น ( CERN: The European Organization for Nuclear Research) ซึ่งเป็นองค์กรที่ได้ทำการทดลองเร่งอนุภาคโปรตอนมาชนกันที่พลังงานสูงอย่างที่ไม่เคยมีใครทำได้มาก่อนด้วยเครื่องเร่งอนุภาคขนาดเส้นรอบวงกว่า 27 กิโลเมตร ที่ชื่อว่าแอลเอชซี (LHC: Large Hadron Collider) โดยในจำนวนการชนกันของอนุภาคโปรตอนกว่า 600 ล้านครั้ง นักสิกส์ได้ใช้อัลกอริทีมที่ซับซ้อนในการเลือกเหตุการณ์ ที่คาดว่าจะเกิดอนุภาคฮิกส์ซึ่งมีเพียงไม่กี่เหตุการณ์ สำหรับการบันทึกและวัดค่าสมบัติทางกายภาพต่าง ๆ ก่อนจะนำผลที่ได้มาทำการวิเคราะห์ด้วยระบบประมวลผลทางคอมพิวเตอร์ยุคใหม่ที่เรียกว่า Grid Computing จนในที่สุด สามารถยืนยันความมีอยู่จริงของกระบวนการบีอีเอชให้กับชาวโลกได้

ภาพที่ 4 บุคลากรในโครงการ ATLAS หนึ่งในโครงการของ CERN ที่ประสบความสำเร็จในการค้นพบอนุภาคฮิกส์
(ที่มา: http://www.atlas.ch/photos/collaboration-general.html)

            ความสำเร็จของผลงานที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ปี ค.ศ. 2013 จึงไม่เป็นเพียงความสำเร็จของนักฟิสิกส์ 2 คน แต่เป็นความสำเร็จของนักฟิสิกส์ จำนวนหลายพันคน ที่มีส่วนเกี่ยวข้องกับทุกขั้นตอนในการค้นคว้าวิจัยทางฟิสิกส์ครั้งยิ่งใหญ่ครั้งนี้  หากแต่ รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ไม่สามารถมอบให้กับองค์กรใดองค์กรหนึ่ง หรือ กับกลุ่มบุคคลใดกลุ่มบุคคลหนึ่งได้เหรียญรางวัลโนเบล และเงินรางวัลมูลค่าประมาณ US $ 1.1million หรือประมาณ 36 ล้านบาท รวมทั้งเกียรติยศชื่อเสียง ที่ได้ถูกจารึกลงไปในประวัติศาสตร์ของผู้ได้รับรางวัลโนเบลจึงตกเป็นเพียงของนักฟิสิกส์ 2 คนที่ได้ให้แนวคิดเชิงทฤษฎีไว้ ในขณะที่นักฟิสิกส์อีกหลายพันคน กลับดูเหมือนเป็นผู้ที่อยู่ฉากหลัง ทั้งที่ความจริงคือ หากไม่มีพวกเขาแล้ว ชาวโลกคงอาจจะยังไม่รู้เลยว่าอนุภาคฮิกส์และกระบวนการบีอีเอชมีจริงหรือไม่ แล้วการคันคว้าวิจัยต่อไปทางด้านฟิสิกส์อนุภาคควรจะเป็นไปในทิศทางใด ด้วยวิธีการใด

            James Gilles หนึ่งในนักฟิสิกส์และหัวหน้าฝ่ายสื่อสารองค์กรของ CERN ได้กล่าวถึงสถานการณ์ที่คล้ายกันนี้ไว้ในวารสาร CERN Courier  (Gilles, 2008) วารสารที่เผยแพร่ข่าวสาร ความรู้และความก้าวหน้าทางการคันคว้าวิจัยทางฟิสิกส์อนุภาค โดย Gilles กล่าวว่า นักฟิสิกส์และนักปีนเขาเหมือนกันในหลายอย่าง พวกเขาแข่งขันกันอย่างดุเดือดแต่ในขณะเดี่ยวกันพวกเขาก็ทำงานร่วมกันเป็นทีมอย่างขยันขันแข็ง โดยในการค้นคว้าวิจัยทางฟิสิกส์และในการปีนเขา ใครจะค้นพบอะไรก่อนหรือใครปืนขึ้นไปถึงยอดเขาก่อน หรือใครจะได้รับการจารึกชื่อในประวัติศาสตร์หรือใครจะได้เป็นผู้ได้รับการถ่ายภาพบันทึกไว้นั้น ไม่สำคัญเท่ากับ ความสำเร็จที่เกิดขึ้น

ภาพที่ 5 เหรียญรางวัล
(ที่มา: Nobel Foundation)

            การค้นคว้าวิจัยในลักษณะร่วมมือกันของนักวิทยาศาสตร์หลายพันกว่าคนจากทั่วโลก ที่ทำงานอย่างมุมานะ บากบั่นเพื่อการไปให้ถึงจุดหมายปลายทางเดียวกัน อย่างการทำงานของนักวิทยาศาสตร์ที่เชิร์น เป็นการค้นคว้าวิจัยที่เป็นแบบอย่างของการทำงานในศตวรรษที่ 21 เพราะโจทย์ปัญหาที่สำคัญและท้าทายมนุษยชาติในศตวรรษนี้ หลายโจทย์ ไม่สามารถดำเนินการแก้ไขได้ด้วยการทำงานของนักวิทยาศาสตร์เพียงคนใดคนหนึ่งหรือกลุ่มใดกลุ่มหนึ่งอีกต่อไป ไม่ว่าจะเป็น โจทย์เกี่ยวกับปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ วิกฤตด้านพลังงาน การก่อการร้าย หรือโรคระบาด โจทย์สำคัญเหล่านี้ ต้องอาศัยการร่วมมือกันของทีมนักวิทยาศาสตร์และนักวิชาการที่เชี่ยวชาญในสาขาต่าง ๆ จากทั่วโลก ที่จะสามารถทำงานร่วมกันเป็นหนึ่งเดียวอย่างไม่ย่อท้อ ไม่เห็นแก่ชื่อเสียง หรือ เหรียญรางวัล และมีความมุ่งมั่นในการไปสู่จุดมุ่งหมายเดียวกัน คล้ายกับการค้นคว้าวิจัยเพื่อพยายามค้นหาอนุภาคฮิกส์ตลอดระยะเวลากว่าครึ่งศตวรรษของกลุ่มนักฟิสิกส์จำนวนหลายพันคนที่เชิร์นและที่อยู่ในสถาบันต่าง ๆ ทั่วโลก

            ขอแสดงความยินดีอีกครั้งกับ ศาสตราจารย์ ปีเตอร์ ฮิกส์ และ ศาสตราจารย์ฟรองซัวส์ อองแกลร์ รวมทั้ง นักฟิสิกส์ วิศวกรเจ้าหน้าที่อาคาร ช่างไฟ ฯลฯ จำนวนหลายพันคนที่องค์กรเซิร์น และที่สถาบันต่าง ๆ ทั่วโลก กับการได้ร่วมเป็นส่วนหนึ่งของการพิชิตยอดเขาเอเวอเรสต์ของการค้นคว้าวิจัยทางฟิสิกส์ครั้งสำคัญครั้งนี้

            บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของนิตยสาร สสวท. ผู้อ่านสามารถติดตามบทความที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่ https://emagazine.ipst.ac.th/

บรรณานุกรม

Gilles, J. (2008, 19 Sep). A Mechanism for Mass. CERN Courier Online. Retrieved February 5, 2014, from http://cerncourier.com/cws/article/cern/35887.