นักฟิสิกส์ค้นหาอนุภาคฮิกส์ที่ชั่วร้าย มันสามารถปิดผนึกชะตากรรมของจักรวาล



เราทุกคนต่างรู้และชื่นชอบ Higgs boson – ซึ่งความผิดหวังของนักฟิสิกส์ได้ถูกติดแท็กในสื่ออย่างผิด ๆ ว่า "อนุภาคของพระเจ้า" ซึ่งเป็นอนุภาคย่อยที่พบครั้งแรกใน Large Hadron Collider (LHC) ย้อนกลับไปเมื่อปี 2555 ของเขตข้อมูลที่แทรกซึมทุกพื้นที่เวลา มันทำปฏิกิริยากับอนุภาคหลายชนิดเช่นอิเล็กตรอนและควาร์กให้อนุภาคเหล่านั้นมีมวลซึ่งค่อนข้างเย็น

แต่ฮิกส์ที่เราเห็นนั้นมีน้ำหนักเบาอย่างน่าประหลาดใจ จากการประมาณการที่ดีที่สุดของเรามันน่าจะหนักกว่านี้มาก นี่เป็นการเปิดคำถามที่น่าสนใจ: แน่นอนเราเห็น Higgs boson แต่นั่นเป็น Higgs boson เพียงคนเดียวหรือไม่ มีสิ่งที่ลอยอยู่รอบ ๆ ทำสิ่งของตัวเองมากกว่านี้ไหม

แม้ว่าเราจะยังไม่มีหลักฐานใด ๆ ของฮิกส์ที่หนักกว่า แต่ทีมนักวิจัยจาก LHC ซึ่งเป็นนักตีอะตอมที่ใหญ่ที่สุดในโลกกำลังขุดคำถามนี้ขณะที่เราพูด และมีการพูดกันว่าเมื่อโปรตอนถูกชนเข้าด้วยกันภายในคอลไลเดอร์รูปวงแหวนฮิกก์และอนุภาคฮิกส์ที่ประกอบขึ้นจากฮิกส์หลายประเภทอาจหลุดออกจากที่ซ่อน [Beyond Higgs: 5 Elusive Particles That May Lurk in the Universe]

หากฮิกส์ที่หนักนั้นมีอยู่จริงเราต้องกำหนดค่าความเข้าใจของเราในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคด้วยการตระหนักใหม่ที่พบว่ามีฮิกส์มากกว่าที่เห็น และในการโต้ตอบที่ซับซ้อนเหล่านั้นอาจมีเงื่อนงำกับทุกสิ่งตั้งแต่มวลของอนุภาคนิวตริโนที่น่ากลัวไปจนถึงชะตากรรมสุดท้ายของจักรวาล

ทุกอย่างเกี่ยวกับ boson

หากไม่มี Higgs boson รูปแบบมาตรฐานทั้งหมดก็จะพังทลายลงมา แต่เพื่อพูดคุยเกี่ยวกับ Higgs boson เราต้องเข้าใจก่อนว่า Standard Model มองจักรวาลอย่างไร

ในความคิดที่ดีที่สุดของเราเกี่ยวกับโลกของอะตอมย่อยโดยใช้แบบจำลองมาตรฐานสิ่งที่เราคิดว่าเป็นอนุภาคนั้นไม่สำคัญจริง ๆ มีเขตข้อมูลแทน เขตข้อมูลเหล่านี้ซึมซาบและดูดซับพื้นที่และเวลาทั้งหมด มีหนึ่งฟิลด์สำหรับอนุภาคแต่ละชนิด มีสนามสำหรับอิเล็กตรอนสนามสำหรับโฟตอนและอื่น ๆ สิ่งที่คุณคิดว่าเป็นอนุภาคนั้นมีการสั่นสะเทือนเล็กน้อยในพื้นที่ของมัน และเมื่ออนุภาคมีปฏิสัมพันธ์ (โดยพูดกันกระดอนกัน) มันเป็นแรงสั่นสะเทือนในทุ่งที่กำลังเต้นที่ซับซ้อนมาก [The 12 Strangest Objects in the Universe]

Higgs boson มีสนามชนิดพิเศษ เช่นเดียวกับสาขาอื่น ๆ มันแทรกซึมพื้นที่และเวลาทั้งหมดและจะได้รับการพูดคุยและเล่นกับเขตข้อมูลของคนอื่น

แต่เขตข้อมูลของฮิกส์มีงานสำคัญสองอย่างที่ต้องทำซึ่งไม่สามารถทำได้โดยสาขาอื่น

งานแรกคือการพูดคุยกับ W และ Z bosons (ผ่านสาขาที่เกี่ยวข้อง) ผู้ให้บริการของพลังงานนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ ด้วยการพูดคุยกับโบซอนอื่น ๆ ฮิกส์สามารถให้มวลและทำให้แน่ใจว่าพวกมันอยู่ห่างจากโฟตอนซึ่งเป็นพาหะของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า หากปราศจากการรบกวนของฮิกส์โบซอนผู้ให้บริการเหล่านี้ทั้งหมดจะถูกรวมเข้าด้วยกันและทั้งสองกองกำลังจะรวมเข้าด้วยกัน

งานอีกอย่างของ Higgs boson คือการพูดคุยกับอนุภาคอื่น ๆ เช่นอิเล็กตรอน ผ่านการสนทนาเหล่านี้มันยังทำให้พวกเขาจำนวนมาก ทั้งหมดนี้ใช้งานได้ดีเพราะเราไม่มีวิธีอื่นในการอธิบายมวลของอนุภาคเหล่านี้

เบาและหนัก

ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นในทศวรรษที่ 1960 ผ่านชุดคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน แต่มีความแน่นอน แต่มีข้อผูกมัดเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับทฤษฎี: ไม่มีวิธีใดที่จะทำนายมวลที่แน่นอนของ Higgs boson ได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งเมื่อคุณไปตามหาอนุภาค (ซึ่งเป็นเพียงการสั่นสะเทือนของสนามเล็ก ๆ ที่ใหญ่กว่า) ในคอลเดอร์อนุภาคคุณไม่ทราบว่าอะไรและที่ไหนที่คุณจะพบมัน [The 11 Most Beautiful Mathematical Equations]

ในปี 2012 นักวิทยาศาสตร์ที่ LHC ประกาศการค้นพบของฮิกส์โบซอนหลังจากพบอนุภาคบางส่วนที่เป็นตัวแทนของสนามฮิกส์ที่ถูกสร้างขึ้นเมื่อโปรตอนถูกชนเข้าด้วยกันที่ความเร็วแสงใกล้เคียง อนุภาคเหล่านี้มีมวล 125 gigaelectronvolts (GeV) หรือประมาณ 125 โปรตอน – มันค่อนข้างหนัก แต่ไม่ใหญ่มากอย่างไม่น่าเชื่อ

ได้อย่างรวดเร็วก่อนทุกอย่างที่ฟังดูดี นักฟิสิกส์ไม่มีการคาดการณ์ที่แน่นอนสำหรับมวลของฮิกส์โบซอนดังนั้นมันอาจเป็นสิ่งที่มันต้องการ เราพบว่ามีมวลอยู่ในช่วงพลังงานของ LHC แยกฟองออกและเริ่มฉลองกันเถอะ

ยกเว้นว่ามีบางอย่างลังเลชนิดครึ่งหนึ่งของการทำนายเกี่ยวกับมวลของ Higgs boson ตามวิธีที่มันโต้ตอบกับอนุภาคอื่นยังเป็นควอร์กอันดับต้น ๆ การคำนวณเหล่านั้นทำนายจำนวนทางสูงกว่า 125 GeV อาจเป็นได้ว่าการคาดการณ์เหล่านั้นผิด แต่จากนั้นเราต้องวนกลับไปที่คณิตศาสตร์และหาว่าสิ่งใดกำลังยุ่งเหยิง หรือความไม่ตรงกันระหว่างการคาดการณ์ในวงกว้างกับความเป็นจริงของสิ่งที่พบใน LHC อาจหมายถึงว่ามีเรื่องราวของฮิกส์โบซอนมากขึ้น

ฮิกส์ขนาดใหญ่

อาจจะมีฮิกส์โบซอนที่มีน้ำหนักมากจนเกินไปที่เราจะเห็นได้จากการชนกับอนุภาคในปัจจุบัน (สิ่งมวลพลังงานกลับไปยังสมการ E = mc ^ 2 ที่โด่งดังของ Einstein ซึ่งแสดงให้เห็นว่าพลังงานคือมวลและมวลคือพลังงานยิ่งมวลของอนุภาคสูงเท่าไหร่พลังงานก็ยิ่งมีมากเท่านั้นและยิ่งใช้พลังงานมากเท่าไร สิ่ง.)

ในความเป็นจริงทฤษฎีการเก็งกำไรบางอย่างที่ผลักดันความรู้ของเราเกี่ยวกับฟิสิกส์เกินกว่าแบบจำลองมาตรฐานจะทำนายการมีอยู่ของฮิกส์โบซอนที่มีน้ำหนักมาก ธรรมชาติที่แน่นอนของตัวละครฮิกส์เพิ่มเติมเหล่านี้ขึ้นอยู่กับทฤษฎีของหลักสูตรตั้งแต่ที่ฟิลด์ฮิกส์หนักเพียงหนึ่งหรือสองสนามไปจนถึงโครงสร้างคอมโพสิตที่ทำจากฮิกส์โบซอนหลายชนิดติดกัน

นักทฤษฎีพยายามอย่างหนักในการพยายามหาวิธีที่เป็นไปได้ในการทดสอบทฤษฎีเหล่านี้เนื่องจากพวกเขาส่วนใหญ่ไม่สามารถเข้าถึงการทดลองในปัจจุบันได้ ในรายงานล่าสุดที่ส่งไปยังวารสารฟิสิกส์พลังงานสูงและตีพิมพ์ออนไลน์ในวารสาร preprint arXiv ทีมนักฟิสิกส์ได้พัฒนาข้อเสนอเพื่อค้นหาการมีอยู่ของฮิกส์โบซอนมากขึ้นตามลักษณะเฉพาะของอนุภาคที่อาจสลายไป อนุภาคที่เบาและเป็นที่จดจำได้ง่ายกว่าเช่นอิเล็กตรอนนิวตริโนและโฟตอน อย่างไรก็ตามการสลายตัวเหล่านี้หายากมากดังนั้นโดยหลักการแล้วเราสามารถค้นพบพวกมันด้วย LHC แต่มันใช้เวลานานหลายปีในการค้นหาเพื่อรวบรวมข้อมูลที่เพียงพอ

เมื่อพูดถึงฮิกส์ที่หนักหน่วงเราจะต้องอดทนรอ

เผยแพร่ครั้งแรกเมื่อ วิทยาศาสตร์สด.