นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 236

ปีที่ 50 ฉบับที่ 236 พฤษภาคม - มิถุนายน 2565 31 ภาพ 7 แบบจำ�ลองนิวตรอนเปลี่ยนไปเป็น โปรตอน พร้อมกับปล่อยอนุภาคบีตา และอิเล็กตรอนแอนตินิวทริโน ภาพ 11 การหาอายุของซากดึกดำ�บรรพ์ของไดโนเสาร์ โดยอาศัยการสลายกัมมันตรังสีที่มีแรงอ่อนมาเกี่ยวข้อง (ภาพจาก : Aline Dassel จาก Pixabay) ในเวลาต่อมา แนวคิดของแฟร์มีได้รับการพัฒนาให้สอดคล้องกับผลการทดลองมาก ยิ่งขึ้น และได้กลายมาเป็นรากฐานของทฤษฎีที่ใช้อธิบายแรงอ่อนในปัจจุบัน สมบัติและปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับแรงอ่อน แรงอ่อนเป็นแรงที่มีความเข้มของแรงน้อยมาก น้อยกว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ยังมากกว่า แรงโน้มถ่วง ซึ่งหมายความว่า ระหว่างวัตถุ 2 ก้อน ที่มีมวล ประจุ และระยะห่างระหว่างกัน เท่าๆ กัน แรงที่วัตถุทั้ง 2 กระทำ�ซึ่งกันและกัน เรียงลำ�ดับจากมากไปน้อย คือ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงอ่อน และแรงโน้มถ่วง ตามลำ�ดับ แรงอ่อนเป็นแรงที่กระทำ�กับอนุภาคขนาดเล็กในระดับ 10 - 18 เมตร หรือน้อยกว่าเท่านั้น ซึ่งเป็นระยะที่น้อยกว่ารัศมีของโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียส ถ้าเป็นระยะทางที่มากกว่านี้ แรงอ่อนจะไม่ส่งผลใดๆ เลย ดังนั้น ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับแรงอ่อนจึงเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น ระหว่างอนุภาคขนาดเล็ก เช่น ระหว่างอนุภาคที่อยู่ภายในนิวตรอนหรือโปรตอนในนิวเคลียส แรงอ่อนกับการดำ�รงชีวิต ถึงแม้ว่าแรงอ่อนจะเกี่ยวข้องกับอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากๆ แต่ผลของแรงอ่อนทำ�ให้เกิดการสลายของนิวเคลียสไฮโดรเจนที่เป็น กลไกสำ�คัญของการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิวชันบนดวงอาทิตย์ ดังภาพ 8 ถ้าไม่มีแรงอ่อน กระบวนการที่ทำ�ให้มีการปลดปล่อยพลังงาน บนดวงอาทิตย์จะไม่สามารถเกิดขึ้นได้ และคงไม่มีแสงและพลังงานจากดวงอาทิตย์มาหล่อเลี้ยงสิ่งมีชีวิตบนโลก Lee, T.D. (1987). History of the Weak Interaction. CERN Courier. 27 (1): 7-12. Rajasekaran, G. (2014). Fermi and the Theory of Weak Interactions. Resonance. 19 (1): 18-44. บรรณานุกรม แรงอ่อนยังเป็นสาเหตุหลักที่ทำ�ให้ธาตุกัมมันตรังสีที่อยู่บริเวณชั้นแมนเทิล (mantle) และชั้นเปลือกโลก (crust) มีการแผ่รังสีบีตา ตลอดเวลา ซึ่งรังสีที่แผ่ออกมาทำ�ให้ใต้ผิวโลกมีอุณหภูมิสูงหลายพันองศาเซลเซียส และเกิดการถ่ายโอนความร้อนไปยังชั้นต่างๆ ของโลก ช่วยให้พื้นผิวโลกส่วนใหญ่ไม่มีสภาพเป็นน้ำ�แข็ง ซึ่งเป็นสภาวะที่ไม่เหมาะสมต่อการดำ�รงชีวิตของสิ่งมีชิวิตหลายชนิด อีกทั้งความร้อน ใต้ผิวโลกมีส่วนทำ�ให้เกิดสนามแม่เหล็กโลกที่ช่วยป้องกันรังสีจากนอกโลกที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตด้วย นอกจากนี้ แรงอ่อนยังช่วยให้นักโบราณคดีและนักธรณีวิทยาสามารถหาอายุ ของวัตถุโบราณ หิน และซากดึกดำ�บรรพ์ต่างๆ เพื่อศึกษาความเป็นมาในอดีต และการสำ�รวจ พื้นที่ต่างๆทางธรณีวิทยาได้เป็นอย่างดี เนื่องจากแรงอ่อนเป็นสาเหตุที่ทำ�ให้ไอโซโทป กัมมันตรังสีเกิดการสลายให้บีตา เช่น คาร์บอน-14 หรือ ยูเรเนียม-235 ซึ่งการสลาย ให้บีตามีอัตราการสลายที่คงตัว การวัดปริมาณไอโซโทปกัมมันตรังสีที่เหลืออยู่ในวัตถุโบราณ หิน หรือ ซากดึกดำ�บรรพ์ ช่วยให้ทราบอายุของวัตถุเหล่านั้นได้ จะเห็นได้ว่าแรงอ่อนที่กระทำ�เฉพาะกับอนุภาคขนาดเล็กมากๆ ส่งผลให้เกิด ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการดำ�รงชีวิตของสิ่งมีชีวิตบนโลกมาก และด้วยสมบัติที่แตกต่าง จากแรงพื้นฐานอื่นๆ ในธรรมชาติ นักวิทยาศาสตร์จึงจัดให้แรงอ่อนเป็น 1 ใน 4 แรงพื้นฐาน ในธรรมชาติ ภาพ 8 แรงอ่อนทำ�ให้เกิดการสลายให้บีตาที่เป็น กลไกสำ�คัญของปฏิกิริยานิวเคลียร์เกิดฟิวชัน บนดวงอาทิตย์ ภาพ 9 แรงอ่อนทำ�ให้เกิดการแผ่รังสีบีตาที่ทำ�ให้ พื้นผิวโลกส่วนใหญ่ไม่มีสภาพเป็นน้ำ�แข็ง ภาพ 10 สนามแม่เหล็กโลกที่เกิดขึ้นได้เพราะ แรงอ่อน ช่วยป้องกันรังสีอันตรายที่มาจาก ดวงอาทิตย์ (ที่มา: NASA)