โครงการภาคีความร่วมมือไทย – จูโน

(Thai – Jiangmen Underground Neutrino Observatory)
ความร่วมมือไทย-จีน

สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) - วิกิพีเดีย
จุฬาฯ เปิดรับนักศึกษาโควต้านักกีฬาอีสปอร์ต
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี - วิกิพีเดีย

เมื่อวันที่ 7 เมษายน พ.ศ. 2560 สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรม  ราชกุมารี เสด็จเยือนสถาบันฟิสิกส์พลังงานสูง (Institute of High Energy Physics: IHEP) สังกัดสภาบัณฑิตวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน กรุงปักกิ่ง สถาบันดังกล่าวนี้รับผิดชอบโครงการจูโน พระองค์ทรงประทับเป็นประธานในพิธีลงนามความร่วมมือระหว่างจูโนกับไทย

ประเทศไทยมี 3 หน่วยงาน ได้แก่ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี โดยมีมูลนิธิเทคโนโลยีสารสนเทศตามพระราชดำริฯ ซึ่งช่วยประสานงานร่วมลงนามเป็นพยานด้วย 

วัตถุประสงค์เพื่อร่วมมือกับจูโนออกแบบและสร้างระบบขดลวดลดทอนสนามแม่เหล็กโลก (Earth Magnetic Field (EMF) Shielding) ที่รบกวนการทำงานของหน่วยตรวจวัดแสงที่เกิดจากอันตรกิริยาของนิวทริโน ในการทำงานนั้น ฝ่ายไทยได้มีการจัดตั้งภาคีความร่วมมือไทย-จูโน เพื่อดำเนินการให้ฝ่ายไทยได้ทำงานสอดคล้องกับทางประเทศจีน ความร่วมมือประสบความสำเร็จด้วยดีมีทั้งนักวิจัยและนักศึกษาของไทยเข้าร่วมโครงการตลอดมาจนปัจจุบัน นับเป็นการเจริญสัมพันธไมตรีด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่ดีระหว่างประเทศทั้งสองตามพระราชดำริของพระองค์ท่าน

จูโน (JUNO)

จูโน มาจากภาษาอังกฤษ JUNO ซึ่งย่อมาจาก Jiangmen Underground Neutrino Observatory เป็นสถานีตรวจวัดนิวทริโนใต้ดินตั้งอยู่ที่เมืองไคผิง (Kaiping) เขตเจียงเหมิน มณฑลกวางตุ้ง ภาคใต้ของประเทศจีน โครงการจูโนจัดตั้งขึ้นเมื่อกรกฎาคม ค.ศ. 2014 การก่อสร้างเริ่มเมื่อ 10 มกราคม ค.ศ. 2015 และคาดว่าจะเริ่มการทดลองได้ตอนปลายปี ค.ศ. 2024 การสนับสนุนงบประมาณหลักมาจากสภาบัณฑิตวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน (Chinese Academy of Sciences: CAS) และบางส่วนจากนานาชาติ จูโนมีวัตถุประสงค์สำคัญเพื่อตรวจวัดลำดับมวลทางควอนตัมของอนุภาคนิวทริโนที่ผลิตออกมาจากโรงไฟฟ้าปรมาณู 2 แห่งคือ หยางเจียง (Yangjiang) และไทชาน (Taishan) ซึ่งโรงไฟฟ้าแต่ละแห่งนี้อยู่ห่างจากจูโนไป 53 กิโลเมตร

China completes main structure of its neutrino detector - YouTube
8 Facts About The Sun's Most Ghostly Particle: The Neutrino
Neutrino - Definition, Mass, Symbol, and Flavors with Diagram

ภาพ : CGTN, NASA, sciencefacts

นิวทริโน (Neutrino)

นิวทริโนเป็นอนุภาคที่มีมากมายในเอกภพนี้ อนุภาคที่มีมากกว่าก็เพียงโฟตอนหรืออนุภาคแสงซึ่งมีมากที่สุด หากเรามีแว่นตาวิเศษมองเห็นนิวทริโนได้ เราก็จะเห็นนิวทริโนทั่วท้องฟ้าเหมือนเราเห็นแสงเช่นกัน นิวทริโนมาจากไหน? จากนอกโลกก็มาจากการระเบิดของดาวฤกษ์ตอนหมดอายุขัยเรียกว่าซูเปอร์โนวา หรือมาจากดวงอาทิตย์ หรือมาจากชั้นบรรยากาศของโลก และจากแหล่งอื่นที่ยังไม่ทราบอีก บนโลกเรานี้นิวทริโนมาจากโรงไฟฟ้าปรมาณู เป็นต้น นิวทริโนไร้ประจุ นอกจากนี้ ดั้งเดิมนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า นิวทริโนไร้มวล จึงเป็นเหตุให้นิวทริโนเดินทางด้วยอัตราเร็วที่สูงและทะลุทะลวงผ่านสสารทั่วไปได้โดยไม่ถูกขวางกั้นเนื่องจากนิวทริโนทำอันตรกิริยากับสสารอื่นน้อยมาก ทุกวันนี้ก็มีนิวทริโนวิ่งผ่านตัวเราทั้งวันทั้งคืนแต่ไม่มีอันตรายประการใด ใน ค.ศ. 2015 มีผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากการค้นพบว่า นิวทริโนขณะเดินทาง เช่นจากดวงอาทิตย์หรือจากชั้นบรรยากาศมายังโลกเรา เป็นต้น สามารถเปลี่ยนชนิดไปมาได้ (นิวทริโนมี 3 ชนิด คือ อิเล็กตรอนนิวทริโน มิวออนนิวทริโน และทาวนิวทริโน) ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการแกว่ง (oscillation) และเป็นปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่บ่งว่านิวทริโนมิได้ไร้มวลอย่างที่เชื่อกันมาก่อน นิวทริโนมีมวลแน่นอนแม้จะน้อยเท่าไรก็ตาม (น้อยกว่าอิเล็กตรอนถึง 500,000 เท่า) 

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบสมการของการแกว่งของนิวทริโนแล้วแต่ยังไม่สมบูรณ์แม่นยำเพราะยังขาดข้อมูลสำคัญของสมการเหล่านี้โดยเฉพาะลำดับของมวลไอเก็น 3 ประเภท (หมายเหตุ มวลไอเก็นเป็นมวลทางควอนตัมของนิวทริโน) นิวทริโนแต่ละชนิดดังกล่าวข้างต้น ต่างก็ประกอบด้วยมวลไอเก็น 3 ประเภทในสัดส่วนที่ต่างกัน โครงการจูโนพยายาม ที่จะหาลำดับมวลไอเก็นทั้งสามนี้ว่าใครมากกว่าใคร (หมายเหตุ จูโนมีวัตถุประสงค์อื่นเกี่ยวกับนิวทริโนด้วย เช่น การตรวจวัดและทดลองเกี่ยวกับนิวทริโนจากซูเปอร์โนวา จากชั้นบรรยากาศ จากดวงอาทิตย์และแหล่งอื่นบนโลกเรา) 

ตรวจวัดนิวทริโน (Central Detector: CD) 

อุปกรณ์การทดลองของจูโนอยู่ใต้ดินลึกราว 700 เมตร ประกอบด้วย ทรงกลมทำหน้าที่ตรวจวัดนิวทริโนกลางเรียกว่า Central Detector ย่อว่า CD ขึ่งถูกล้อมรอบด้วยน้ำทำหน้าที่ตรวจวัดนิวทริโนที่แทรกซ้อน ด้านบนมีเครื่องตรวจวัด (Top Tracker) สำหรับติดตามการทำงานและตรวจเทียบค่า (calibration) ความถูกต้องของการทำงานของอุปกรณ์ (รูปทึ่ 1(a)) น้ำที่ล้อมรอบ CD ช่วยป้องกัน CD จากกัมมันตรังสีที่มาจากสภาพแวดล้อม นอกจากนี้เมื่อทำงานร่วมกับ Top Tracker จะทำงานแจ้งกรณีมีมิวออนที่ไม่ปรารถนา (muon veto) สำหรับ CD นั้นเป็นถังทรงกลมทำจากอะคริลิคขนาดใหญ่เส้นผ่านศูนย์กลาง 35.4 เมตรบรรจุของเหลวให้แสงวับ (liquid scintillator) 20 กิโลตัน

หลอดทวีคูณแสง (Photomultiplier Tube: PMTs)

ถัง CD นี้รองรับด้วยโครงข่ายเหล็กกล้าคล้ายเปลือกหุ้มรอบ CD  โครงข่ายลักษณะเปลือกนี้มีระบบหลอดทวีคูณแสง (photomultiplier tubes: PMTs) ติดตั้งอยู่ 2 ชั้น โดยชั้นในใช้เพื่อตรวจวัดแสงวับเมื่อของเหลวในถังตรวจพบนิวทริโนและชั้นนอกคอยตรวจวัดแสงวับที่เกิดจากของเหลวด้านนอกถัง CD ในการทำงานนั้นหากตรวจพบนิวทริโนภายในถังโดยภายนอกไม่แสดงอะไรก็แสดงว่าเป็นนิวทริโนที่เราต้องการ แต่หากภายนอกแสดงด้วย (veto) แสดงว่ามิใช่นิวทริโนที่เราต้องการโดยอาจมาจากแหล่งอื่น ระบบหลอดทวีคูณแสงประกอบด้วยหลอดขนาดใหญ่  20 นิ้ว (LPMTs) จำนวน 17,612 หลอด และขนาดเล็ก 3 นิ้ว (SPMTs) จำนวน 25,600 หลอด เพื่อให้มั่นใจว่าครอบคลุม 78% ของแสงที่เกิดขึ้น

วัตถุประสงค์สำคัญของจูโน

วัตถุประสงค์สำคัญของการทดลองจูโนนี้ เพื่อตรวจกลไกการแกว่งของนิวทริโนจากการตรวจวัดอิเล็กตรอนแอนตินิวตริโนจากจากแหล่งกำเนิดของเตาปฏิกรณ์ปรมาณู 2 แห่งห่างออกไปแห่งละ  52.5 กม. รูปที่ผนวก 2(a) แสดงสเปกตรัมหากไม่พบการแกว่ง (เส้นสีดำ) และการแกว่งที่เป็นไปได้ 2 ประการของลำดับมวลไอเก็น (เส้นสีน้ำเงินเป็นลำดับมวลปกติ (normal) และสีแดงเป็นลำดับมวลที่ตรงข้าม (inverted)) ซึ่งคาดว่าจะเห็นจากการทดลองของจูโน

ในปีแรกที่เริ่มเก็บข้อมูลนั้น จูโนมุ่งที่จะวัดพารามิเตอร์ของการแกว่าง 3 ต้วคือ m31 2, △m212 และ sin212 ด้วยความแม่นยำในระดับความคลาดเคลื่อนต่ำกว่า 1% (sub-percent precision) ยิ่งกว่านั้นยังมุ่งวัดลำดับมวลระดับความเชื่อมั่น 3𝜎 ภายใน 6 ปีของการเก็บข้อมูลอีกด้วย

แผนและกำหนดการติดตั้ง

Thai-JUNO in-Kind Contribution ได้ร่วมกันออกแบบและรับผิดชอบค่าใช้จ่ายในการสร้างระบบ Earth Magnetic Field (EMF) Shielding เพื่อลดทอนสนามแม่เหล็กโลกในบริเวณ detector ให้เหลือน้อยกว่า 10%  (0.05 G) งบประมาณ 2.212 ล้านหยวน หรือประมาณ 12 ล้านบาท (หน่วยงานละประมาณ 4 ล้านบาท) ซึ่งจะช่วยให้หลอด PMT (photomultiplier tube) ทำงานได้เต็มประสิทธิภาพและช่วยบรรลุเป้าหมายการทดลองได้ตามแผน

แผนและกำหนดการติดตั้งที่เหลือของการสร้างการทดลอง

#StartEndCondition
1Underground lab construction2015.1.12021.11.25
2Water pool cleaning and CD construction preparation2021.11.262021.12.101
3CD & water poll construction/assembly2021.12.112023.4.242
4CD & VETO PMT, EMF System installation2022.9.12023.5.24
5CD sealing and water vapor to reduce Rn2023.4.252023.5.93
6CD ceaning (film removal)2023.5.102023.5.245
7TT bridge installation2023.4.12023.5.20
8CD chimney installation2023.5.252023.5.286,7
9pole PMT installation/Calib. House (sealed with chimney)2023.5.292023.6.37,8
10water pool cleaning, door/cover installation2023.5.162023.6.94,9
11VETO water filling/CD water exchange2023.6.102023.8.1010
12S filling2023.8.112024.2.1011
13TT module installation/commissioning2023.9.102024.2.1010,11,12
14Test run2024.2.102024.2.28

ความก้าวหน้าการก่อสร้าง

ความก้าวหน้าการก่อสร้าง JUNO Central Detector (CD) และระบบ Thai-JUNO EMF เป็นโครงสร้างเหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless steel) ก่อสร้างเสร็จเรียบร้อยเมื่อเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2565 ปัจจุบัน Raising Platform สำหรับงานติดตั้ง PMT panel และอะคริลิคทรงกลม อาคารสำนักงาน ที่พัก และ facility อื่น ๆ สถานีพื้นผิว (Surface Campus) สร้างเสร็จสิ้นแล้ว สำหรับระบบ PMT (Photomultiplier Tube) module และ EMF Shielding system (coils + หัววัดสนามแม่เหล็ก ระบบจ่ายกระแสไฟฟ้า คอมพิวเตอร์ควบคุมและ monitor) อยู่ระหว่างการติดตั้ง

การพัฒนาออกแบบและติดตั้งระบบ

การพัฒนาออกแบบและติดตั้งระบบ Earth Magnetic Field (EMF) Shielding มีการดำเนินงาน ดังนี้

เดือนปี (ค.ศ.)การดำเนินงาน
เม.ย. 20173 สถาบันไทย (มทส. จุฬา และ สดร.) เข้าร่วมการทดลอง JUNO (ลงนาม MoU)
มิ.ย. 20173 สถาบันไทย (มทส. จุฬา และ สดร.) จัดตั้งภาคีไทย-จูโน และเริ่มงานการออกแบบระบบ EMF Shielding
มิ.ย. 2017การประชุมเชิงปฏิบัติการ Workshop on Earth Magnetic Field Shielding for JUNO ร่วมกับทาง IHEP เพื่อ Kick-off การออกแบบและ R&D ที่เกี่ยวข้อง
ก.ค. 2017 – มี.ค. 2019ภาคีไทย-จูโน ทำงานร่วมกับ VETO working group และสถาบัน IHEP ใน             การออกแบบ และ optimize ระบบ EMF Shielding และสรุป final design
พ.ค. 2019ผ่าน Technical & Science Requirement Review
พ.ย. 2019The 3rd workshop on EMF Shielding for JUNO จ.กาญจนบุรี
เม.ย. 2020Production Readiness Review (PRR) สำหรับอุปกรณ์และแผนการติดตั้งระบบ EMF Shielding
ธ.ค. 2021ภาคีไทย-จูโน ดำเนินการโอนค่าใช้จ่ายสำหรับจัดซื้ออุปกรณ์ระบบ EMF Shielding จำนวน 2.2 ล้านหยวน
เม.ย. 2022IHEP จัดซื้อ cable สำหรับ EMF Coil และเตรียมงานเสร็จเรียบร้อย ความยาว cable รวมทั้งสิ้น 33 ก.ม.
มี.ค. – พ.ค. 2022ทีม IHEP ทำการวัดสนามแม่เหล็กในบริเวณ experimental hall ที่สร้าง CD
ก.ย. 2022 – พ.ค. 2023ติดตั้ง CD และ VETO PMT รวมถึงระบบ EMF Shielding ของภาคีไทย-จูโน

งานวิจัยและการสร้างกำลังคน

งานวิจัย

  • Joint Analysis Foundation Group (AFG) to calibrate the PMT timing parameters for all PMTs in the water pool (Chulalongkorn University)
  • Develop the SNiPER software for the PMTs in the water pool (Chulalongkorn University)
  • Dark Matter Indirect Detection with JUNO + Optimization for background separation with application of Machine Learning (NARIT & SUT)
  • PMT Instrumentations, development of PMT scanning station and magnetic field isolated dark room (SUT)
  • เริ่มความร่วมมืองานวิจัยด้าน Dark Matter Indirect Detection ผ่านสัญญาณอนุภาคนิวตริโน กับ University of Tubingen (Prof. Tobias Lachenmaier), Germany เดินทางมาเยี่ยมชมและหารือที่ มทส. และ สดร. 1-10 กันยายน 2565 (SUT& NARIT)

การสร้างกำลังคน 

โครงการ ได้มีส่วนในการพัฒนากำลังคนในรูปแบบต่าง ๆ ดังต่อไปนี้

  1. นายณรงค์เกียรติ รอดภัย, (สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาโท ณ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย)
  • Graduated in 2021, under the thesis title “20-inch photomultiplier tube timing characterization for Jiangmen Underground Neutrino Observatory” using 3 models of MCP (Chinese) and 1 model of Dynode (Japanese) PMTs (a total of 2399 PMTs)
  • “ANSO Scholarship for Young Talents Award 2022” from “Alliance of International Science Organizations (ANSO) for 3 years 2022 – 2025) to study at UCAS under the supervision of Prof. Dr.Yang Changgen and Prof. Dr.Wang Zhimin (IHEP)
  1. นางสาวจารุจิตต์ ศิริภักดิ์ (กำลังศึกษาระดับปริญญาเอกที่ มทส. และทำงานวิจัยในโครงการจูโนที่เป็นความร่วมมือระหว่าง มทส. และ สดร.)
  • Graduated M.Sc. in 2019, SUT, Working on Neutrino from Dark Matter annihilation
  • ทุน พสวท. กำลังศึกษา ป.เอก ที่ มทส. “Dark-Matter indirect detection with JUNO”
  • เดินทางไปทำงานวิจัยด้านสสารมืดด้วยการทดลอง JUNO ร่วมกับกลุ่มที่ Tubingen University (Prof. Tobias Lachenmaier) ธ.ค. 2565 – พ.ย. 2566
  • นำเสนองานวิจัยที่งาน Siam Physics Congress “Machine learning application for dark matter – background classification in JUNO experiment” (ตีพิมพ์ conference proceeding)
  1. นายคมกริช เหรียญทอง (สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาโท ณ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย)
  • Just start on LEDs water pool simulation
  • Use GEANT4 to simulate the geometry of the LED (Flasher)
  • Simulate the light emitting from the LED in the water pool using SNiPER (Software for Noncollider Physics ExpeRiments) software
  • Develop the SNiPER software to study the timing response of 2400 PMTs in the water pool
Way Forword 2023 “การประชุมวิชาการนักเรียนไทยในจีน ครั้งที่ 1”อนุภาคนิวทริโนกับโครงการจูโน (JUNO)


ผู้บรรยาย นายณรงค์เกียรติ รอดภัย(Institute of High Energy Physics, University of Chinese Academy of Sciences)
คลิปวิดีโอ : https://youtu.be/JIMjZC33fMUเอกสารประกอบ (PDF) : https://www.stsbeijing.org/wp-content/uploads/2023/06/ณรงค์เกียรติ-รอดภัย-Institute-of-High-Energy-Physics-University-of-Chinese-Academy-of-Sciences.pdf


Facebook

ติดตามเราบน Facebook

Youtube

ติดตามเราบน Youtube

ฝ่ายวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ประจำสถานเอกอัครราชทูต ณ กรุงปักกิ่ง กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.)
เลขที่ 21 ถนนกวงหวา เขตฉาวหยาง กรุงปักกิ่ง 100600 สาธารณรัฐประชาชนจีน อีเมล : [email protected]

© 2020-2024 Science and Technology Section, Royal Thai Embassy in Beijing Ministry of Higher Education, Science, Research and Innovation, 21 Guanghua Road, Chaoyang District, Beijing 100600 P.R.C. E-mail: [email protected]