สสารทุกชนิดในจักรวาล​อันกว้างใหญ่​นี้ประกอบขึ้นด้วยอนุภาคขนาดเล็ก​จิ๋ว ตั้งแต่ช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่ 20 เป็น​ต้นมา เหล่านักนักวิทยาศาสตร์ได้พยายาม​ค้นหาอนุภาคที่เล็กที่สุด และในทางกลับกัน​ก็พยายาม​ค้นหา​อนุภาค​ที่​ใหญ่​ที่สุด​ด้วย

ดอน ลินคอล์น (Don Lincoln)​ นักวิทยาศาสตร์อาวุโสจาก Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) ในชิคา​โก​ ก็เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่พยายามตอบคำถามนี้ ลินคอล์นอธิบาย​ว่ามีเรามีสองวิธีในการวัดขนาดของอนุภาค อันแรกคือการวัดมวล อีกอันคือการวัดขนาดทางกายภาพของอนุภาค

ในแง่ของมวลนั้นค่อนข้างง่าย เวลานี้เรารู้อนุภาคที่มีมวลน้อยที่สุดแต่มากกว่าศูนย์​นั้นคือ “อนุภาคผี” หรือนิวตริโน​

“อย่างไรก็ตาม​ ถึงเรารู้ว่านิวตริโนมีมวลน้อยที่สุด​ แต่เราก็ยังไม่มีค่ามวลของนิวตริโนที่แน่นอน เนื่องจากเครื่องมือที่ใช้ในการคำนวณมวลของอนุภาคพื้นฐานนั้นไม่ไวพอ”

ลินคอล์์น​อธิบายต่อว่า “นิวตริโนเป็นอนุภาค​ที่มีจำนวน​มากเป็นอันดับสองรองจากโฟตอน (ซึ่งมีลักษณะเหมือนคลื่นมากกว่าอนุภาคจริง) อันที่จริง มีนิวตริโนหลายล้านล้านผ่านตัวคุณไปในวินาทีนี้ นิวตริโนแทบจะไม่มีน้ำหนักเลยและเคลื่อนที่ได้ใกล้เคียงกับความเร็วแสง

นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วย นิวตรอน โปรตอนและอิเล็กตรอน โปรตอนและนิวตรอนมีขนาดประมาณหนึ่งในสิบของนิวเคลียสโดยรวม ลินคอล์นกล่าว อิเล็กตรอนมีมวลใกล้ศูนย์ แต่จริง ๆ แล้วมีน้ำหนักมากกว่านิวตริโนถึง 500,000 เท่า

“นักฟิสิกส์ใช้ค่า อิเล็กตรอนโวลต์ (eV) ในการวัดมวลของอนุภาคย่อยของอะตอม” ลินคอล์นอธิบาย​เพิ่มเติม​ “ในทางเทคนิค หน่วยของมันคือ eV/c^2 โดยที่ c คือความเร็วแสง หนึ่งอิเล็กตรอนโวลต์มีค่าเท่ากับประมาณ 1.6×10^-19 จูล ในการทำให้สิ่งต่าง ๆ ง่ายขึ้น นักฟิสิกส์ใช้ชุดของหน่วยที่มีความเร็วแสงเป็น 1 ในการหามวลของอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอม คุณต้องใช้สมการ E=mc^2 ที่มีชื่อเสียงของ Albert Einstein เพื่อให้ได้มวล (m) เป็นกิโลกรัม”

อนุภาค​อิเล็กตรอนมีน้ำหนัก 511,000 อิเล็กตรอนโวลต์ ซึ่งเทียบเท่ากับ 9.11 x 10^-31 กิโลกรัม ส่วนอนุภาค​โปรตอนในนิวเคลียสของอะตอมทั่วไป มีมวลเท่ากับ 938 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ หรือ 1.67 × 10^-27 กิโลกรัม ลินคอล์นกล่าว

ในทางกลับกัน อนุภาคพื้นฐานที่ใหญ่ที่สุด (ในแง่ของมวล) ที่เรารู้จักในเวลานี้คืออนุภาคที่เรียกว่า ท๊อปควาร์ก ซึ่งวัดมวลได้มากถึง 172.5 พันล้านอิเล็กตรอนโวลต์ ท้อปควาร์ก​เป็นหนึ่งในควาร์ก​ทั้งหกอันประกอบด้วย อัพ (up), ดาวน์ (down), ชาร์ม (charm), สเตรนจ์ (strange), ท็อป (top), และ บอตทอม (bottom)​ เปรียบเทียบ​แล้ว ท๊อปควาร์กมีมวลมากกว่าอัพควาร์ก 57,500 เท่า

จบเรื่องมวล คำถามเกี่ยวกับขนาดทางกายภาพนั้นตอบยากกว่า ​ลินคอล์นพยายามสร้างภาพให้เข้าใจ “ให้ลองนึกถึงอนุภาคไวรัส ที่โดยทั่วไปจะมีความยาวประมาณ 250 ถึง 400 นาโนเมตร (หนึ่งนาโนเมตรคือหนึ่งในพันล้านของเมตรหรือ 10^-9 เมตร) แต่สำหรับ​นิวเคลียสของอะตอมโดยทั่วไปจะวัดขนาดได้ประมาณ 10^-14 เมตร (0.00000000000001 เมตร) นั่นหมายความว่านิวเคลียสของอะตอมมีขนาดเล็กจนดูเป็นไวรัสของไวรัสเลยทีเดียว”

“เทคโนโลยี​ในการขนาดทางกายภาพที่เราทำได้ในเวลานี้ เราวัดได้ด้วยเครื่องเร่งอนุภาคไปถึงขนาดที่เล็กกว่าโปรตอน 2,000 เท่า หรือ 5 x 10^-20​ และเรารู้ว่าควาร์ก​มี​ขนาดเล็ก​กว่านั้น แต่ก็เล็กเกินไปที่จะวัดได้ว่าเท่าใดแน่”

ที่มา https://www-livescience-com.translate.goog/largest-smallest-particles-on-record.html