นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 236

ปีที่ 50 ฉบับที่ 236 พฤษภาคม - มิถุนายน 2565 29 รักษพล ธนานุวงศ์ นักวิชาการอาวุโส สาขาฟิสิกส์และวิทยาศาสตร์โลก สสวท. e-mail: rthan@ipst.ac.th แรงอ่อน (weak force) เป็นแรงในธรรมชาติเช่นเดียวกับแรงโน้มถ่วงและแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเกิดขึ้นกับวัตถุต่าง ๆ รอบตัวเรารวมทั้งภายในร่างกายของเรา ถึงแม้เราจะไม่สามารถสังเกตหรือรับรู้ ปรากฏการณ์ต่างๆ ที่เกิดจากแรงอ่อนได้ชัดเจน เนื่องจากแรงอ่อนเป็นแรงที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคที่เล็กมากๆ ในระดับนิวเคลียส แต่ถ้าในธรรมชาติไม่มีแรงอ่อนสิ่งมีชีวิตต่างๆ บนโลกใบนี้จะไม่สามารถดำ�รงชีวิตอยู่ได้ แรงอ่อน แรงที่ชีวิตขาดไม่ได้ แ รงอ่อนมีสมบัติอย่างไร และทำ�ให้เกิดปรากฏการณ์ที่ส่งผลกับการดำ�เนินชีวิตของเราอย่างไร บทความนี้ จะช่วยตอบคำ�ถามดังกล่าว ประวัติการศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับแรงอ่อน ในปี พ.ศ. 2439 ภายหลังการค้นพบธาตุกัมมันตรังสีของอองรี แบ็กเกอแรล (Henri Becquerel) นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามศึกษาเพิ่มเติมและได้พบว่ารังสีที่แผ่ออกมาจากธาตุกัมมันตรังสี ส่วนใหญ่มี 3 ชนิด ได้แก่ รังสีแอลฟา รังสีบีตา และรังสีแกมมา ซึ่งสาเหตุที่ทำ�ให้ธาตุกัมมันตรังสีมีการ แผ่รังสีออกมาได้เองนี้ เนื่องจากนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีเป็นนิวเคลียสที่ไม่เสถียร จึงมีการเปลี่ยนแปลง องค์ประกอบภายในหรือเปลี่ยนระดับพลังงาน ที่เรียกว่าการสลายกัมมันตรังสี (Radioactive Decay) หรือ เรียกสั้นๆ ว่า การสลาย (Decay) เพื่อเปลี่ยนไปอยู่ในสภาวะที่มีเสถียรภาพมากกว่าเดิมพร้อมกับมีการปล่อย พลังงานออกมาในรูปของรังสีที่เป็นอนุภาคที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง ตัวอย่างเช่น นิวเคลียสของเรเดียม-226 ( Ra 226 88 ) ซึ่งไม่เสถียรจะมีการสลายพร้อมปล่อยรังสีแอลฟา ซึ่งเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม-4 ออกมา ทำ�ให้ได้นิวเคลียสของเรดอน-222 ( Rn * 222 86 ) ที่มีเสถียรภาพมากขึ้น แต่ยัง อยู่ในสถานะกระตุ้น และต่อมานิวเคลียสของเรดอน-222 ที่อยู่ในสถานะกระตุ้นจะมีการสลายพร้อมกับปล่อย รังสีแกมมา ( ) กลายเป็นนิวเคลียสของเรดอน-222 ที่เสถียร ( Rn 222 86 ) ดังภาพ ซึ่งเขียนแทนได้ด้วยสมการ Ra 226 88 Rn * 222 86 + He 4 2 Rn * 222 86 Rn 222 86 + ภาพ 1 อองรี แบ็กเกอแรล ภาพ 2.1 เรเดียม-226 สลายพร้อมปล่อยรังสีแอลฟา ภาพ 2.2 เรดอน-222 สลายพร้อมปล่อยรังสีแกมมา ภาพ 2 นิวเคลียสที่ไม่เสถียรมีการสลายเพื่อเปลี่ยนไปอยู่ในสภาวะที่เสถียรกว่าพร้อมปล่อยรังสีออกมา เอนริโก แฟร์มี (Enrico Fermi) นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี ได้ทำ�การศึกษากระบวนการแผ่รังสีบีตาที่นิวเคลียสไม่เสถียรและมีการสลาย พร้อมปล่อยรังสีบีตาหรืออนุภาคบีตา (Beta Particle) ซึ่งเป็นอิเล็กตรอนความเร็วสูงออกมา แล้วกลายเป็นนิวเคลียสของธาตุชนิดใหม่ที่มี จำ�นวนนิวตรอนลดลง 1 นิวตรอน และจำ�นวนโปรตอนเพิ่มขึ้น 1 โปรตอน ดังภาพ 4 โดยแฟร์มีได้ตั้งสมมติฐานว่า การสลายให้อนุภาคบีตานี้