การพัฒนาอุปกรณ์ตรวจวัดอนุภาคมูลฐาน
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
โชติรัตน์ เเดงเรืองรัมย์, มารีอัล เเก้วตา, ชนนิกานต์ บุญยศ
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
จิรัฎฐ์ สุขใจเหลือ, เพียรกิจ นิมิตรดี
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
โครงงานเรื่องการพัฒนาอุปกรณ์ตรวจวัดอนุภาคมูลฐานได้เเนวคิดการทำโครงการมาจากโครงงานเรื่อง “การศึกษาปัจจัยที่มีผลต่อความถี่การเกิดร่องรอยของอนุภาคในห้องหมอก (ปพิชญา จันทร์แก้ว และคณะ, 2562)” ซึ่งเป็นโครงงานที่เข้าร่วมประกวดกิจกรรม YSC 2020 มีข้อเสนอเเนะที่ผู้จัดทำโครงงานดังกล่าวได้เสนอไว้ดังนี้ 1) การจัดเตรียมอุปกรณ์ในการทดลองใช้เวลานานในการการจัดตั้งตำแหน่งของอุปกรณ์เพื่อให้มองเห็นร่องรอยของอนุภาคที่เกิดขึ้น มีความยุ่งยากในการใช้อุปกรณ์จำนวนมาก 2) ขณะทำการทดลองพบฝ้าเกิดขึ้นบริเวณรอบห้องหมอกซึ่งส่งผลต่อการมองเห็นความถี่ของร่องรอย กลุ่มของข้าพเจ้าจึงมีเเนวคิดในการพัฒนาโครงงานขึ้นจากข้อเสนอแนะดังกล่าวได้แก่ 1) เปรียบเทียบการมองเห็นร่องรอยในสภาพแวดล้อมที่ต่างกัน โดยสภาพแวดล้อมที่มีที่ครอบห้องหมอกและไม่มีที่ครอบห้องหมอก 2) เปรียบเทียบความถี่จากการสังเกตร่องรอยของอนุภาคในห้องหมอก โดยห้องหมอกที่มีอยู่แล้วแบบกระจก(เปล่า) และห้องหมอกที่ติดอุปกรณ์ไล่ฝ้าร่วมกับกระจก และ 3) เปรียบเทียบความถี่ของร่องรอยที่เกิดขึ้นจากวัสดุสร้างห้องหมอกที่แตกต่างกัน
ห้องหมอกเป็นเครื่องมือตรวจวัดอนุภาครุ่นแรก ก่อนที่จะมีเครื่องตรวจวัดอนุภาค ชนิดอื่นๆ ตามมา Charles T.R. Wilson เป็นผู้ประดิษฐ์ Cloud Chamber เป็นคนแรก โดย Wilson ต้องการศึกษาปรากฏการณ์ของแสงที่ตกกระทบกับ เมฆ หมอก เขาจึงประดิษฐ์ Cloud Chamber เพื่อใช้สําหรับจําลอง ห้องหมอกใช้ศึกษาอนุภาคมูลฐานและอนุภาคอื่นๆที่ทําให้เกิดไอออน ห้องหมอกใช้ศึกษาอนุภาคมูลฐานและอนุภาคอื่นๆที่ทำให้เกิดไอออน ซึ่งการตรวจวัดอนุภาคช่วยยืนยันว่าควาร์กและอนุภาคใหม่ๆที่ถูกค้นพบมีอยู่จริง แต่ไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้ หลักการทํางานของห้องหมอกคือ การทําให้ไอของแอลกอฮอล์ภายในห้องหมอกอยู่ในสภาวะอิ่มตัวยิ่งยวด (Supersaturated) และพร้อมจะควบแน่นเมื่อถูกรบกวนเพียงเล็กน้อย เมื่อโปรตอน (อนุภาคที่มีอยู่ในธรรมชาติซึ่งเกิดจากรังสีคอสมิกและเป็นอนุภาคที่มีประจุ) ผ่านเข้ามาในชั้นบรรยากาศโลกแล้วชนกับโมเลกุลของอากาศในชั้นบรรยากาศของโลก เกิดเป็นอนุภาคต่าง ๆ ดังภาพที่ 1 ซึ่งรวมถึงไพออน () ด้วย โดยไพออนจะสลายตัวอย่างรวดเร็วเป็นมิวออนและนิวตริโนเมื่อมิวออนได้เคลื่อนที่ผ่านเขามาใน Cloud Chamber แล้วถ่ายโอนพลังงาน ให้กับไอของแอลกอฮอล์ซึ่งอยู่ในสภาวะอิ่มตัวยิ่งยวด ทําให้โมเลกุลของแอลกอออล์แตกตัวเป็นไอออน ไอออนของแอลกอฮอล์จะทําตัวเป็นแกนกลางให้โมเลกุลแอลกอฮอล์อื่นๆมาจับตัวกัน ทําให้มีขนาดใหญ่ขึ้น เมื่อจับตัวกันใหญ่ขึ้นพอที่จะทําให้แสงที่เราส่องกระเจิงเข้าตาได้ก็จะสามารถสังเกตเห็นร่องรอย (track) แนวการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่ผ่านเข้ามา (บุรินทร์ อัศวพิภพ, 2556)
กลุ่มของข้าพเจ้ามีความสนใจอยากศึกษาร่องรอยอนุภาคเพราะมีความสงสัยว่าอนุภาคมูลฐานที่มีอยู่ในอะตอมตามทฤษฎีมีอยู่จริงหรือไม่ อิเลกตรอนมีลักษณะเป็นอย่างไร การได้ศึกษาหรือการได้ทดลองในโครงงานนี้ทำให้เกิดการกระตุ้นในการเรียนรู้ ไม่รู้สึกเบื่อหน่าย ตื่นเต้น มีความสนุกสนานทุกครั้งที่ได้ทดลอง ได้เห็นความแปลกใหม่ ได้รับความรู้ใหม่ๆ ที่มีความน่าสนใจที่เหนือกว่าในตำราเรียน ได้เห็นการจับตัวของอนุภาคต่างๆ เรียนรู้เนื้อหาเกี่ยวกับอะตอมมากยิ่งขึ้นกว่าเดิม และยังได้เข้าใจในธรรมชาติ ยกตัวอย่างในชีวิตประจำวัน ถ้าหากเราไม่อยากรู้อยากข้าใจในธรรมชาติของไฟฟ้าสักเล็กน้อย เราคงไม่สามารถนำไฟฟ้ามาใช้งานได้อย่างทุกวันนี้ จึงเกิดแนวคิดที่จะพัฒนาโครงงานเรื่อง “การพัฒนาอุปกรณ์ตรวจวัดอนุภาคมูลฐาน” นี้ขึ้นมา