เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักฟิสิกส์ได้ให้คำมั่นสัญญากับโลกว่าคุ้มกับเงินที่จะสร้างเครื่องจักรขนาดมหึมาซึ่งมีมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์ เพื่อทำให้พื้นที่ว่างตื่นตกใจในการเปิดเผยอนุภาคแปลกปลอมที่เรียกว่าฮิกส์โบซอน หลังจากหลายปีของการเริ่มต้นที่ผิดพลาดและความคับข้องใจ คำแนะนำและความหวัง ในที่สุดพวกฮิกส์ก็ถูกพบที่ Large Hadron Collider นอกเมืองเจนีวา เป็นสาเหตุของการเฉลิมฉลอง – และสำหรับคำอธิบายว่าฮิกส์คืออะไรและเหตุใดจึงสำคัญ
จุดประสงค์ของจักรวาลของฮิกส์
นับตั้งแต่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าจักรวาลเริ่มต้นด้วยการระเบิด บางคนก็สงสัยว่าความวุ่นวายจากเพลิงไหม้ในขั้นต้นนั้นเย็นลงจนกลายเป็นวังแห่งจักรวาลที่มีโครงสร้างซับซ้อนได้อย่างไร กาแล็กซีที่เต็มไปด้วยดวงดาวและดาวเคราะห์ที่สร้างขึ้นจากอะตอมที่ซับซ้อนซึ่งรวมตัวกันจากลูกไฟที่ไร้รูปร่างของบิกแบง เมื่อนักฟิสิกส์พัฒนาสมการเพื่ออธิบายอนุภาคพื้นฐานของสสารและแรงที่ควบคุมพวกมัน แง่มุมหนึ่งของความเป็นจริงก็ดูเหมือนจะหายไป: ไม่มีอนุภาคใดที่จะมีมวลเลย
ในปี 1964 นักฟิสิกส์ Peter Higgs แห่งมหาวิทยาลัยเอดินบะระ เสนอว่าจักรวาลของทารก (เช่นในบางทีอาจเป็นล้านล้านของอายุที่สอง) ประสบกับอาการสะอึกของจักรวาล – ในทางเทคนิคคือการเปลี่ยนเฟส ในลักษณะที่แท่งเหล็กสามารถกลายเป็นแม่เหล็กในทันใดเมื่อเย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิที่กำหนด ตัวอวกาศเองก็ได้รับคุณลักษณะใหม่ แทนที่จะเป็นสนามแม่เหล็ก อวกาศกลับเต็มไปด้วยสนามพลังใหม่ นับตั้งแต่ตั้งชื่อตามฮิกส์
นักฟิสิกส์คนอื่น ๆ ทำงานในสถานการณ์ที่คล้ายกันในเวลาเดียวกัน และงานในภายหลังได้แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนเฟสของฮิกส์สามารถอธิบายเอกลักษณ์ที่ชัดเจนของแรงพื้นฐานสองแห่งในธรรมชาติ: แม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ
ก่อนที่สนามฮิกส์จะปรากฎในสุญญากาศ
แรงทั้งสองนั้นเป็นหนึ่งเดียวและแบ่งแยกไม่ได้ และอนุภาคของสสารและตัวพาแรงทั้งหมดภายในเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าแบบจำลองมาตรฐาน (ที่แสดง) นั้นไม่มีมวล หลังจากนั้นอนุภาคของแสงหรือโฟตอนยังคงไม่มีมวลและแพร่กระจายแรงของแม่เหล็กไฟฟ้า อนุภาคแรงอ่อน และอนุภาคสสาร เช่น อิเล็กตรอนและควาร์ก กลายเป็นมวลสารขนาดใหญ่
นักวิทยาศาสตร์ใช้การเปรียบเทียบหลายอย่างเพื่ออธิบายว่าเกิดอะไรขึ้น โดยทั่วไป อนุภาคที่เคลื่อนที่ผ่านอวกาศจะถูกขัดขวางโดยการปรากฏตัวของสนามฮิกส์ในระดับมากหรือน้อย บางชนิด เช่น โฟตอน ไม่ถูกกักไว้เลย ดังนั้นจึงไม่มีมวล แต่อนุภาคอื่นๆ เคลื่อนตัวผ่านสนามฮิกส์ เช่น ลูกโบว์ลิ่งผ่านโคลน ต้านทานการเคลื่อนที่ของพวกมัน ความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ดังกล่าว (หรือที่แม่นยำกว่านั้นคือ การเปลี่ยนแปลงของการเคลื่อนที่) คือคำจำกัดความของความเฉื่อย ซึ่งในทางกลับกันก็คือคำจำกัดความของมวล
เขย่าสนามนั้น
ด้วยสนามฮิกส์ นักฟิสิกส์สร้างแบบจำลองมาตรฐานจนเสร็จสมบูรณ์ ซึ่งอธิบายพฤติกรรมของอนุภาคและแรงที่รู้จักทั้งหมดอย่างแม่นยำ (ยกเว้นแรงโน้มถ่วง) แต่ยังขาดหลักฐานการมีอยู่ของทุ่งฮิกส์ วิธีเดียวเท่านั้นที่สามารถตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองมาตรฐาน: การค้นพบอนุภาค – ฮิกส์โบซอน – สร้างขึ้นจากสิ่งของในฟิลด์ฮิกส์
ในแบบจำลองมาตรฐาน อนุภาคทั้งหมดเป็นสิ่งที่คล้ายกับปมในสนามที่อยู่เบื้องล่างซึ่งเกิดจากความเข้มข้นของพลังงานที่เพียงพอ เบาะแสต่างๆ บอกเป็นนัยว่ามวลของฮิกส์โบซอนมีขนาดใหญ่มาก ซึ่งหมายความว่าต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการสร้าง
ดังนั้น Large Hadron Collider จึงออกแบบมาเพื่อชนโปรตอนด้วยพลังงานที่เกินหลายล้านล้านอิเล็กตรอนโวลต์ ฮิกส์โบซอนที่สร้างขึ้นในการชนดังกล่าวจะมีอยู่สั้นเกินกว่าจะตรวจจับได้
แต่การสลายตัวของมันจะทำให้เกิดอนุภาคที่ตรวจจับได้ และนั่นเป็นวิธีที่นักฟิสิกส์ที่ LHC ค้นพบ เครื่องตรวจจับที่ LHC บันทึกผลิตภัณฑ์ของเส้นทางการสลายตัวของ Higgs ต่างๆ รวมถึงหนึ่ง (แสดง) ที่สร้าง Z boson ที่ผลิต lepton สี่ตัว (เช่น อิเล็กตรอน โพซิตรอน มิวออน และแอนติมิวออน) และอีกเส้นทางหนึ่งที่สร้างโฟตอนสองตัว การวิเคราะห์เศษซากนี้บ่งชี้ว่ามวลของฮิกส์โบซอนนั้นอยู่ที่ประมาณ 125 พันล้านอิเล็กตรอนโวลต์ เทียบเท่ากับมวลของโปรตอน 133 ตัว
การปะทะกันยังคงดำเนินต่อไป
ในขณะที่ฮิกส์กรอกแบบจำลองมาตรฐาน การแสวงหาความเข้าใจเรื่องสสารและพลังงานยังไม่สิ้นสุด แรงโน้มถ่วงยังไม่ได้รวมไว้ในภาพเพื่อสิ่งหนึ่ง และนักวิทยาศาสตร์ทราบดีว่าจักรวาลมีสสารมากกว่าที่แบบจำลองมาตรฐานจะสามารถรองรับได้ จำเป็นต้องใช้อนุภาคชนิดใหม่ทั้งหมดเพื่ออธิบาย “สสารมืด” ที่มองไม่เห็นในอวกาศซึ่งมีอยู่ในปริมาณที่มากกว่าสสารธรรมดาอย่างมากมาย อนุภาคดังกล่าวอาจถูกค้นพบที่ LHC ด้วย นักทฤษฎีแนะนำว่าอนุภาคเหล่านี้อาจอธิบายได้ด้วยกรอบทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าสมมาตรยิ่งยวด ซึ่งจัดวางอนุภาคคู่เงาสำหรับอนุภาคที่รู้จักทุกตัว (ภาพประกอบ) ถ้าเป็นเช่นนั้น ทุ่งฮิกส์มากกว่าหนึ่งแห่งจะแทรกซึมอยู่ในอวกาศ และฮิกส์โบซอนอาจกลายเป็นว่ามีญาติหลายคนรอการค้นพบ
แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง
