นักวิทยาศาสตร์ต้องการศึกษาการเกิดขึ้นของเอกภพว่าเกิดขึ้นอย่างไร และ ต้องการที่จะรู้ว่าสิ่งต่าง ๆ ที่เราเห็นอยู่ทุกวันนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร จากการศึกษาในเชิงทฤษฎีพบว่ากระบวนการต่าง ๆ ที่ทำให้เกิดสิ่งเหล่านี้มาจาก ทฤษฎีบิ๊กแบง (Big Bang) ซึ่งคาดว่าเกิดขึ้นและผ่านมาแล้วเป็นเวลากว่า 13.8 พันล้านปี
โดยพลังงานจากทฤษฎีบิ๊กแบงได้เปลี่ยนรูปไปเป็นอนุภาคมูลฐาน เช่น ควาร์ก เลปตอนและ กลูออน ก่อนในขั้นตอนแรก แล้วหลังจากนั้น ควาร์ก เลปตอนและ กลูออน จึงรวมตัวเป็น นิวเคลียส อะตอม โมเลกุล และสสาร ต่าง ๆ ที่มีความซับซ้อนและขนาดใหญ่ขึ้นตามลำดับ
รูปที่ 1 กำเนิดเอกภพตามแนวคิดตาม ทฤษฎีบิ๊กแบง (Big Bang)
ที่มา:http://3.bp.blogspot.com/_ee6egjqDMoM/TEh6Rv_Or8I/AAAAAAAAAA4/L7SlBktIT4/s1600/9108002%5B1%5D.jpg
เพื่อที่จะทำการศึกษากระบวนการหนึ่งที่เกิดขึ้นในช่วงเสี้ยววินาทีหลังจากบิ๊กแบงเรียกว่า ควาร์ก-กลูออน พลาสมา
ซึ่งเป็นช่วงที่มีเฉพาะควาร์กและกลูออนเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรชั้นนำของโลกจากหลากหลายประเทศ จึงได้ร่วมมือกันออกแบบหัววัด ที่เรียกว่า อลิซ (A Large Ion Collider Experiment, ALICE) เพื่อตรวจหาปรากฏการณ์นี้จากการวัดอนุภาคมูลฐานจำนวนมหาศาลที่เกิดขึ้นหลังการชนของไอออนหนัก
รูปที่ 2 ภาพการรวมตัวของควาร์ก เป็น นิวเคลียส อะตอม โมเลกุล และสสาร ต่าง ๆ ที่มีความซับซ้อนและขนาดใหญ่ขึ้นตามลำดับ
ที่มา:https://inpp.ohio.edu/~rochej/group_page/strongly_interacting.html
หัววัดอลิซ จัด เป็น 1 ใน 7 หัววัดหลัก ที่ติดตั้งบริเวณ เครื่องเร่งอนุภาคฮาดรอนขนาดใหญ่ (Large Hadron Collider, LHC) ณ องค์กรแห่งยุโรปเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์ หรือ เซิร์น สมาพันธรัฐสวิส การสร้างหัววัดต่าง ๆ เหล่านี้ต้องใช้เทคโนโลยีและวิศวกรรมขั้นสูงที่มีความซับซ้อน ด้วยพระมหากรุณาธิคุณของ สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ที่พระองค์ทรงมีพระราชดําริ ว่า หากนักวิทยาศาสตร์ไทยได้มีโอกาสทํางานวิจัยร่วมกับเซิร์น ซึ่งเป็นองค์กรวิจัยด้านฟิสิกส์อนุภาคพลังงานสูงชั้นนําระดับโลก ก็จะเป็นประโยชน์ต่อการพัฒนาด้านวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีของประเทศเป็นอันมาก
รูปที่ 3 พระมหากรุณาธิคุณของ สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ทรงเสด็จเป็นองค์ประธานในพิธีลงนามบันทึกข้อตกลงความร่วมมือ ระหว่าง มทส. และ อลิซ, เซิร์น
ณ วังสระปทุม เมื่อ วันที่ 13 ธันวาคม พ.ศ. 2555
หน่วยงานในประเทศไทยอันประกอบไปด้วย มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ โดยศูนย์เทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ และ สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) จึงได้เข้ามามีส่วนร่วมในการวิจัยออกแบบและพัฒนาระบบติดตามทางเดินของอนุภาค (Inner Tracking System, ITS) ร่วมกับนักวิจัยชั้นนำจากประเทศต่าง ๆ ทั่วโลก โดยใช้เทคโนโลยีเซนเซอร์ที่เหมือนกับเซนเซอร์ของกล้องถ่ายภาพ แต่มีความไวและความละเอียดในการวัดสูงมาก เมื่อมีอนุภาคที่มีประจุวิ่งผ่านเซนเซอร์ เซนเซอร์จะส่งสัญญาณทางอิเล็กทรอนิกส์ ทำให้ทราบถึงตำแหน่งที่อนุภาคเคลื่อนที่ผ่าน
รูปที่ 4 แสดงทางเดินและจำนวนอนุภาคที่เกิดขึ้นในการชนที่หัววัดอลิซในแต่ละครั้ง โดยเส้นแต่ละเส้น คือ เส้นทางการเดินทางของอนุภาค 1 ตัว ที่เกิดขึ้นหลังการชน 1 ครั้ง
อนุภาคที่เกิดขึ้นหลังการชนกันของ LHC แต่ละครั้ง มีจำนวนมหาศาล โดยจากรูปที่ 4 เส้นแต่ละเส้น คือ เส้นทางการเดินทางของอนุภาค 1 ตัว ที่เกิดขึ้นหลังการชน 1 ครั้ง เส้นเหล่านี้สร้างจากการนำข้อมูลที่เซนเซอร์บันทึกไว้มาคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์สมรรถนะสูง (High Performance Computing, HPC)
เซนเซอร์ในระบบติดตามทางเดินของอนุภาคที่ทางประเทศไทยเข้าไปร่วมออกแบบเรียกว่า อัลไพด์ (ALICE Pixel Detector, ALPIDE) ซึ่งมีขนาดกว้าง 1.5 x 3.0 ตารางเซนติเมตร การสร้างระบบติดตามทางเดินของอนุภาค นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจะนำเซนเซอร์อัลไพด์มาเรียงกันเป็น แถบ(stave) แล้วนำมาเรียงประกอบกันเป็นรูปทรงกระบอกล้อมรอบบริเวณที่เกิดการชนกันของอนุภาค
A) รูปภาพของเซนเซอร์อัลไพด์
B) นำเซนเซอร์อัลไพด์มาเรียงเป็นแถบ
C) นำแถบเซนเซอร์มาเรียงเป็นครึ่งทรงกระบอก
D) แถบเซนเซอร์ที่เรียงเป็นครึ่งทรงกระบอกแล้วเสร็จ
E) ครึ่งทรงกระบอก นำมาประกอบเป็นทรงกระบอกล้อมรอบ จุดที่เกิดการชนของอนุภาค
รูปที่ 5 แสดงภาพรวมการดำเนินงานของการสร้างระบบติดตามทางเดินของอนุภาค
ที่มา: M. Keil 2015 JINST 10 C03012, https://ep-news.web.cern.ch/alice-its-upgrade-pixels-quarks (b)
http://cds.cern.ch/record/2690228?ln=en (c), (d) Reidt 2016 JINST 11 C12038 (e)
