อนุภาคมูลฐาน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
แบบจำลองมาตรฐานของอนุภาคมูลฐาน

ในฟิสิกส์ของอนุภาค อนุภาคมูลฐาน (อังกฤษ: elementary particle หรือ fundamental particle) หมายถึงอนุภาคหนึ่งที่โครงสร้างย่อยไม่เป็นที่รู้จัก ดังนั้นเราจึงไม่รู้ว่ามันประกอบขึ้นด้วยอนุภาคอื่นหรือไม่[1] มันเป็นหน่วยย่อยที่สุดในทางทฤษฎีฟิสิกส์ทั่วไป เราไม่ถือว่ามันประกอบขึ้นมาจากสิ่งใดอีก อนุภาคมูลฐานที่เรารู้จักกันดีที่สุดคือ อิเล็กตรอน ซึ่งไม่สามารถแยกย่อยเป็นอนุภาคใดๆได้อีก

อนุภาคมูลฐานที่รู้จักแล้ว ได้แก่ เฟอร์มิออนพื้นฐาน (ควาร์ก, เลปตอน, ปฏิควาร์ก และปฏิเลปตอน) ซึ่งอนุภาคเหล่านี้โดยทั่วไปเป็น "อนุภาคสสาร" และ "อนุภาคปฏิสสาร" อีกชนิดหนึ่งได้แก่ โบซอนพื้นฐาน (เกจโบซอน และอนุภาคฮิกส์) ซึ่งอนุภาคเหล่านี้โดยทั่วไปเป็น "อนุภาคแรง" ที่เป็นตัวเชื่อมปฏิสัมพันธ์พื้นฐานในหมู่เฟอร์มิออนด้วยกัน[1] อนุภาคที่ประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานตั้งแต่สองอนุภาคขึ้นไปจะเป็น "อนุภาคผสม" (อังกฤษ: composite particle)

สสารในชีวิตประจำวันจะประกอบด้วยอะตอม ที่ครั้งหนึ่งเคยถูกสันนิษฐานว่ามันเป็นอนุภาคมูลฐานของสสาร คำว่า "อะตอม" แปลว่า "แบ่งไม่ได้" ในภาษากรีก แม้ว่าการมีอยู่ของอะตอมยังคงเป็นที่ถกเถียงกันจนถึงประมาณปี 1910 อย่างที่นักฟิสิกส์ชั้นนำบางคนถือว่าโมเลกุลเป็นภาพลวงตาทางคณิตศาสตร์ และถือว่าสสารอย่างสุดขั้วที่สุดจะประกอบด้วยพลังงาน[1][2] ในไม่ช้า มีการค้นพบว่าอะตอมประกอบด้วยองค์ประกอบย่อย เมื่อเริ่มทศวรรษที่ 1930 อิเล็กตรอนและโปรตอนได้ถูกค้นพบ พร้อมกับโฟตอนซึ่งเป็นอนุภาคของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า[1] ในช่วงเวลานั้น การค้นพบล่าสุดของกลศาสตร์ควอนตัมได้มีก​​ารเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงของแนวคิดของอนุภาค อย่างเช่นอนุภาคเดี่ยวดูเหมือนจะสามารถขยายสนามได้อย่างที่คลื่นสามารถทำได้ (ทวิภาคของอนุภาคกับคลื่น (อังกฤษ: particle-wave duality)) ข้อความที่ขัดแย้งยังคงหลีกเลี่ยงคำอธิบายที่น่าพอใจ[3][4][5]

โดยผ่านทางทฤษฎีควอนตัม โปรตอนและนิวตรอนถูกพบว่าประกอบด้วยควาร์กหลายตัว ได้แก่อัพควาร์กและดาวน์ควาร์ก ซึ่งในปัจจุบันถือว่าพวกนี้เป็นอนุภาคมูลฐาน[1] และภายในโมเลกุลหนึ่ง สามองศาอิสระของอิเล็กตรอน (ประจุ, สปินและวงโคจร) สามารถแยกผ่านทาง wavefunction ออกเป็นสาม'อนุภาคคล้าย' (อังกฤษ: quasiparticle) (Holon, spinon และ Orbiton)[6] แต่อิเล็กตรอนอิสระ ซึ่งไม่ได้กำลังโคจรรอบนิวเคลียส จะขาดการเคลื่อนไหวในการโคจร และจะปรากฏในรูปที่แบ่งแยกไม่ได้ จึงยังคงถือว่าเป็นอนุภาคมูลฐาน[6]

ราวปี 1980 สถานะของอนุภาคมูลฐานที่เป็นมูลฐานอย่างแท้จริง-"องค์ประกอบสุดชั้ว" ของสสาร- ได้ถูกละทิ้งเป็นส่วนใหญ่สำหรับแนวโน้มที่จะเป็นการปฏิบัติมากขึ้น[1] ได้ถูกประมวลอยู่ในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาค ซึ่งเป็นทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จจากทดลองทางวิทยาศาสตร์มากที่สุด[5][7] การขยายความและทฤษฎีทั้งหลายที่อธิบายเกินกว่าแบบจำลองมาตรฐาน รวมทั้งทฤษฎี supersymmetry ที่นิยมกันอย่างสุดขั้ว ได้เพิ่มจำนวนอนุภาคมูลฐานเป็นสองเท่าโดยการตั้งสมมติฐานที่แต่ละอนุภาคที่รู้จักกันแล้วควบรวมเข้ากับพันธมิตร"เงา" ทำให้มีจำนวนอนุภาคมากกว่าเดิม[8][9] แม้ว่าสุดยอดพันธมิตรดังกล่าวทั้งหมดยังคงไม่ได้ถูกค้นพบแต่อย่างใด[7][10] ในขณะเดียวกัน โบซอนมูลฐานที่เป็นตัวเชื่อมแรงโน้มถ่วงที่เรียกว่า แกรวิตอน (Graviton) ก็ยังคงเป็นสมมุติฐานอยู่[1]

ภาพรวม[แก้]

ดูบทความหลักที่: แบบจำลองมาตรฐาน
ภาพรวมของครอบครัวต่างๆของอนุภาคมูลฐานและอนุภาคผสม และทฤษฎีที่อธิบายปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน

อนุภาคมูลฐานทั้งหมดจะเป็นโบซอนหรือเฟอร์มิออนอย่างใดอย่างหนึ่งขึ้นอยู่กับสปินของพวกมันทั้งสอง ซึ่งแตกต่างกันในทางทฤษฎีของกลศาสตร์เชิงสถิติ อนุภาคที่มีครึ่งสปิน (อังกฤษ: half-integer spin) จะแสดงสถิติแบบแฟร์มี-ดิแรค (อังกฤษ: Fermi–Dirac statistics) เรียกว่าเฟอร์มิออน[1] อนุภาคที่มีสปินเป็นจำนวนเต็ม หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าเต็มสปิน จะแสดงสถิติแบบ โบเซ-ไอน์สไตน์ เรียกว่าโบซอน[1]

เฟอร์มิออนมูลฐาน:
โบซอนมูลฐาน:

มวลของอนุภาคมีการวัดในหน่วยของพลังงานเมื่อเทียบกับพลังงานของอิเล็กตรอน (อิเล็กตรอนโวลต์). โดยการแปลงพลังงานให้เป็นมวล อนุภาคใด ๆ สามารถผลิตขึ้นได้โดยการชนกันของอนุภาคอื่น ๆ ที่พลังงานสูง[1][11] ถึงแม้ว่าอนุภาคที่เกิดขึ้นใหม่อาจจะไม่ประกอบด้วยอนุภาคเดิมก็ตาม ยกตัวอย่างเช่นการกำเนิดของสสารจากการชนของโฟตอนหลายตัว ในทำนองเดียวกัน โปรตอนที่เกิดจากเฟอร์มิออนผสมมีการชนกันที่ความเร็วเกือบเท่าแสงเพื่อผลิตสารที่มีมวลค่อนข่างมากขึ้นที่เรียกว่าอนุภาคฮิกส์[11] อนุภาคมูลฐานที่มีขนาดใหญ่ที่สุด ทอปควาร์ก มีการสูญสลายอย่างรวดเร็ว แต่เห็นได้ชัดว่าไม่ได้ประกอบด้วยอนุภาคที่มีน้ำหนักเบากว่า

เมื่อทำการตรวจสอบที่พลังงานที่พอหาได้ในการทดลอง อนุภาคทั้งหลายแสดงเป็นขนาดทรงกลม ในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาคแบบปฏิบัติการ อนุภาคมูลฐานมักจะเป็นตัวแทนสำหรับยูทิลิตี้ที่ทำนายได้ในรูปของ "อนุภาคจุด" (อังกฤษ: point particle) ซึ่ง ในฐานะที่ไม่มีมิติ จะขาดส่วนขยายเชิงพื้นที่ แม้ว่าจะประสบความสำเร็จอย่างมาก แบบจำลองมาตรฐานจะถูกจำกัดลงเป็นโลกขนาดเล็กโดยละเลยแรงโน้มถ่วงของมัน และมีพารามิเตอร์บางตัวที่ถูกเพิ่มเข้าไปตามอำเภอใจโดยไม่มีการอธิบาย[12] ในการค้นหาเพื่อแก้ไขข้อบกพร่องเหล่านั้น ทฤษฎีสตริงกล่าวว่าอนุภาคมูลฐานท้ายที่สุดประกอบด้วยสายพลังงานหนึ่งมิติที่มีขนาดน้อยที่สุดอย่างสมบูรณ์คือความยาวพลังก์ (อังกฤษ: Planck length) (พลังก์เป็นนักฟิสิกส์คนหนึ่ง)

อนุภาคมูลฐานทั่วไป[แก้]

บทความหลัก: ความอุดมสมบูรณ์ขององค์ประกอบของจักรวาล

ตามแบบจำลองปัจจุบันของ Big Bang nucleosynthesis องค์ประกอบในยุคกำเนิดโลกของสสารที่มองเห็นได้ของจักรวาลควรจะเป็นไฮโดรเจนประมาณ 75% และฮีเลียม-4 25% (ในรูปของมวล) นิวตรอนถูกทำขึ้นจากหนึ่งอัพควาร์กและสองดาวน์ควาร์ก ในขณะที่โปรตอนถูกทำจากสองอัพควาร์กและหนึ่งดาวน์ควาร์ก เนื่องจากอนุภาคมูลฐานทั่วไปอื่น ๆ (เช่นอิเล็กตรอน, นิวตริโนหรือโบซอนอ่อนแอ) จะเบามากหรือหายากมากเมื่อเทียบกับนิวเคลียสของอะตอม เราจึงสามารถตัดทิ้งการมีส่วนร่วมในมวลของพวกมันที่มีต่อมวลรวมของจักรวาลที่สามารถสังเกตได้ ดังนั้น เราสามารถสรุปได้ว่าส่วนใหญ่ของมวลที่มองเห็นได้ของจักรวาลประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ซึ่ง เหมือนเช่นแบริออนทั้งหมด มีผลให้ประกอบด้วยอัพควาร์กและดาวน์ควาร์กจำนวนมาก

บางประมาณการก็บ่งบอกว่ามีแบริออนประมาณ 1080 ตัว (เกือบทั้งหมดเป็นโปรตอนและนิวตรอน) ในจักรวาลที่สังเกตเห็นได้[13][14][15]

จำนวนโปรตอนในจักรวาลที่สังเกตเห็นได้จะถูกเรียกว่า'จำนวน Eddington'

ในแง่ของจำนวนของอนุภาค บางประมาณการได้หมายความว่าเกือบทุกสสาร โดยไม่รวมสสารมืด, จะเกิดขึ้นในนิวตริโน และนั่นก็ประมาณ 1086 เป็นอนุภาคมูลฐานของสสารที่มีอยู่ในจักรวาลที่มองเห็นได้ ส่วนใหญ่เป็นนิวตริโน[15] ประมาณการอื่น ๆ บ่งบอกว่าประมาณ 1097 เป็นอนุภาคมูลฐานที่มีอยู่ในจักรวาลที่มองเห็นได้ (ไม่รวมสสารมืด) ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโฟตอน, แกรวิตอน และตัวบรรทุกแรงที่ไม่มีมวลอื่น ๆ[15]

แบบจำลองมาตรฐาน[แก้]

บทความหลัก: แบบจำลองมาตรฐาน

แสดงภาพกราฟิกของแบบจำลองมาตรฐาน แสดงสปิน, ประจุไฟฟ้า, มวลและการมีส่วนร่วมในปฏิสัมพันธ์ของแรงที่แตกต่างกัน คลิกที่ภาพเพื่อดูรายละเอียด

แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาคประกอบด้วย 12 สายพันธ์ (อังกฤษ: flavour) ของเฟอร์มิออนมูลฐานบวกกับปฏิยานุภาค (อังกฤษ: antiparticle) ที่สอดคล้องกันของพวกมัน เช่นเดียวกับโบซอนมูลฐานที่ตัวเชื่อมแรงต่าง ๆ กับและฮิกส์โบซอน ซึ่งมีรายงานเมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2012 ว่าดูเหมือนจะมีการตรวจพบโดยการทดลองหลักที่ LHC (ATLAS และ Compact Muon Solenoid (CMS)) อย่างไรก็ตาม แบบจำลองมาตรฐานได้รับการพืจารณาอย่างกว้างขวางที่จะเป็นทฤษฎีชั่วคราวมากกว่าจะเป็นทฤษฏีพื้นฐานอย่างแท้จริง เพราะมันไม่เป็นที่รู้จักว่ามันจะเข้ากันได้กับกฎสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein หรือไม่ อาจจะมีอนุภาคมูลฐานที่ยังเป็นสมมติฐานอยู่ไม่ได้มีการอธิบายโดยแบบจำลองมาตรฐาน เช่นแกรวิตอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่จะนำส่งแรงโน้มถ่วง และซูเปอร์พันธมิตรที่เรียกว่า sparticles ซึ่งเป็นพันธมิตรแบบ supersymmetric ของอนุภาคสามัญ

เฟอร์มิออนพื้นฐาน[แก้]

บทความหลัก: เฟอร์มิออน

12 สายพันธ์ของเฟอร์มิออนพื้นฐานจะแบ่งออกเป็นสามรุ่นตระกูล แต่ละรุ่นมีสี่อนุภาค หกอนุภาคเป็นควาร์ก ส่วนที่เหลืออีกหกอนุภาคเป็นเลปตัน สามตัวในนั้นเป็นนิวตริโน ที่เหลืออีกสามตัวมีประจุไฟฟ้าเป็น -1: อิเล็กตรอนและญาติทั้งสองของมัน, มิวออนและเทา (อนุภาค)

รุ่นตระกูลของอนุภาค
เลปตัน
รุ่นที่หนึ่ง รุ่นที่สอง รุ่นที่สาม
ชื่อ สัญญลักษณ์ ชื่อ สัญญลักษณ์ ชื่อ สัญญลักษณ์
อิเล็กตรอน e- มิวออน μ- เทา (อนุภาค) T-
อิเล็กตรอนนิวตริโน Ve มิวออนนิวตริโน Vμ เทานิวตริโน VT
ควาร์ก
รุ่นที่หนึ่ง รุ่นที่สอง รุ่นที่สาม
อัพควาร์ก u ชาร์มควาร์ก c ทอปควาร์ก t
ดาวน์ควาร์ก d สเตรนจ์ควาร์ก s บอตทอมควาร์ก b

ปฏิยานุภาค[แก้]

บทความหลัก: ปฏิสสาร

มี 12 อนุภาคที่ต่อต้าน (ปฏิยานุภาค) ของเฟอร์มิออนพื้นฐานที่สอดคล้องกับ 12 อนุภาคเหล่านี้เช่นกัน ยกตัวอย่างเช่น ปฏิอิเล็กตรอน หรือ โพซิตรอน (e+) เป็นอนุภาคที่ต่อต้านอิเล็กตรอนและมีประจุไฟฟ้า +1

รุ่นตระกูลของอนุภาค
ปฏิเลปตอน
รุ่นที่หนึ่ง รุ่นที่สอง รุ่นที่สาม
ชื่อ สัญญลักษณ์ ชื่อ สัญญลักษณ์ ชื่อ สัญญลักษณ์
โพซิตรอน e+ ปฏิมิวออน μ+ ปฏิเทา T+
อิเล็กตรอนปฏินิวทริโน Ve มิวออนปฏินิวทริโน Vμ เทาปฏินิวทริโน VT
ปฏิควาร์ก
รุ่นที่หนึ่ง รุ่นที่สอง รุ่นที่สาม
อัพปฏิควาร์ก u ชาร์มปฏิควาร์ก c ทอปปฏิควาร์ก t
ดาวน์ปฏิควาร์ก d สเตร้นจ์ปฏิควาร์ก s บอตทอมปฏิควาร์ก b

ควาร์ก[แก้]

บทความหลัก: ควาร์ก

ควาร์กและปฏิควาร์กที่โดดเดี่ยวไม่เคยมีการตรวจพบ ความจริงหนึ่งที่อธิบายได้ด้วยการคุมขังแบบสี (อังกฤษ: Colour confinement) ทุก ๆ ควาร์กบรรทุกหนึ่งในสามของ'ประจุสี'ของ'ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง'; นั่นคือปฏิควาร์กบรรทุกปฏิสี (อังกฤษ: anticolor) ที่คล้ายกัน อนุภาคที่มีประจุสีทั้งหลายมีปฏิสัมพันธ์ต่อกันผ่านการแลกเปลี่ยนกลูออนในทางเดียวกับที่อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าปฏิสัมพันธ์ต่อกันผ่านการแลกเปลี่ยนโฟตอน อย่างไรก็ตาม ตัวกลูออนเองก็เป็นแบบประจุสี เป็นผลให้มีการขยายขนาดของแรงที่แข็งแกร่งเมื่ออนุภาคประจุสีถูกแยกออกจากกัน ไม่เหมือนกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งจะลดลงเมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าถูกแยกออกจากกัน อนุภาคประจุสีจะมีแรงเพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตามอนุภาคประจุสีอาจรวมตัวกันเพื่อสร้างรูปเป็นอนุภาคผสมที่เป็นกลางด้านสีที่เรียกว่าแฮดรอน ควาร์กอาจจับคู่กับปฏิควาร์ก: ควาร์กมีสีหนึ่งและปฏิควาร์กก็มีอีกสีหนึ่งที่เป็นปฏิปักษ์กัน (อังกฤษ: anticolor) ที่สอดคล้องกัน สีและปฏิสีจะหักล้างกันกลายเป็นมีซอนที่เป็นกลางด้านสี ในอีกทางเลือกหนึ่ง สามควาร์กสามารถอยู่ร่วมกันได้ โดยควาร์กเป็น "สีแดง" อีกควาร์กหนึ่งเป็น "สีน้ำเงิน" อีกควาร์กหนึ่งเป็น "สีเขียว" ทั้งสามควาร์กสีเหล่านี้รวมอยู่ด้วยกันในรูปแบบของแบริออนที่เป็นกลางด้านสี อย่างสมมาตร สามปฏิควาร์กที่มีสี "ปฏิแดง", "ปฏิน้ำเงืน" และ "ปฏิเขียว" สามารถสร้างเป็นปฏิแบริออนที่เป็นกลางด้านสี

ควาร์กมีประจุไฟฟ้าที่เป็นเศษส่วน แต่ เนื่องจากพวกมันถูกคุมขังอยู่ภายในแฮดรอนซึ่งประจุของมันเป็นจำนวนเต็มทั้งหมด ประจุที่เป็นเศษส่วนไม่เคยถูกโดดเดี่ยว ข้อสังเกตคือควาร์กมีประจุไฟฟ้าเท่ากับ +2/3 หรือ -1/3 อย่างใดอย่างหนึ่ง ในขณะที่ปฏิควาร์กมีแประจุไฟฟ้าที่สอดคล้องกันเท่ากับ -2/3 หรือ +1/3 อย่างใดอย่างหนึ่ง

หลักฐานสำหรับการดำรงอยู่ของควาร์กมาจาก'การกระจายที่ไม่ยืดหยุ่นและลึก' (อังกฤษ: deep inelastic scattering): นั่นคือการยิงอิเล็กตรอนไปทีนิวเคลียสเพื่อตรวจสอบการกระจายตัวของประจุภายในนิวคลีออน (ซึ่งเป็นแบริออน) ถ้าประจุมีรูปแบบเพียงอย่างเดียว (อังกฤษ: uniform) สนามไฟฟ้ารอบโปรตอนควรจะมีรูปแบบเดียวกันด้วย และอิเล็กตรอนควรจะกระจายอย่างยืดหยุ่น อิเล็กตรอนพลังงานต่ำจะกระจายในลักษณะนี้ แต่ ที่เหนือกว่าพลังงานโดยเฉพาะ โปรตอนจะเบี่ยงเบนอิเล็กตรอนบางตัวผ่านมุมขนาดใหญ่ อิเล็กตรอนที่หดตัวจะมีพลังงานน้อยกว่ามากและ'เจ็ทของอนุภาค'ถูกปล่อยออกมา การกระจายอย่างไม่ยืดหยุ่นนี้ชี้ให้เห็นว่าประจุในโปรตอนไม่ได้มีรูปแบบเดียวแต่แยกออกเป็นอนุภาคขนาดเล็กที่มีประจุที่เรียกว่า ควาร์ก

โบซอนพื้นฐาน[แก้]

บทความหลัก: โบซอน

ในแบบจำลองมาตรฐาน โบซอนเวกเตอร์ (สปิน -1) (กลูออน, โฟตอนและ โบซอน W และ Z) เป็นตัวเชื่อมระหว่างแรงต่าง ๆ ในขณะที่ฮิกส์โบซอน (สปิน-0) รับผิดชอบต่อมวลที่แท้จริงของอนุภาค โบซอนแตกต่างจากเฟอร์มิออนในความเป็นจริงที่ว่าโบซอนหลายตัวสามารถครอบครองสภาวะควอนตัมเดียวกัน (หลักการกีดกันของเพาลี (อังกฤษ: Pauli exclusion principle)) นอกจากนี้ โบซอนยังสามารถเป็นอย่างใดอย่างหนึ่งได้แก่เป็นมูลฐานเช่นเช่นโฟตอน หรือเป็นแบบผสมเช่นมีซอน สปินของโบซอนเป็นจำนวนเต็ม แทนที่จะเป็นจำนวนครึ่ง

กลูออน[แก้]

บทความหลัก: กลูออน

กลูออนเป็นตัวเชื่อมในการปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง ซึ่งเชื่อมโยงหลายควาร์กเข้าด้วยกันกลายเป็นแฮดรอน, ซึ่งเป็นแบริออน (สามควาร์ก) หรือมีซอน (หนึ่งควาร์กและหนึ่งปฏิควาร์ก) อย่างใดอย่างหนึ่ง โปรตอนและนิวตรอนเป็นแบริออน เมื่อเชื่อมเข้าด้วยกันด้วยกลูออนกลายเป็นนิวเคลียส เช่นเดียวกับควาร์ก กลูออนแสดง(ประจุ)สีและปฏิสีที่ไม่เกี่ยวข้องกับแนวคิดของสีที่มองเห็น บางครั้งในการผสมกัน ทั้งหมดมีแปดรูปแบบของกลูออนที่แตกต่างกัน

โบซอนไฟฟ้าอ่อนแอ[แก้]

บทความหลัก: W และ Z โบซอน และ โฟตอน

มีสามเกจโบซอนแบบอ่อนแอ ได้แก่ W+, W, และ Z0; โบซอนเหล่านี้เป็นตัวเชื่อมในการปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ W โบซอนเป็นที่รู้จักสำหรับการเป็นตัวเชื่อมของพวกมันในการสลายตัวของนิวเคลียส W จะแปลงนิวตรอนให้เป็นโปรตอน จากนั้นก็สลายตัวกลายเป็นอิเล็กตรอนและอิเล็กตรอนปฏินิวทริโนคู่ Z0 ไม่แปลงประจุ แต่เปลี่ยนโมเมนตัมแทน และเป็นกลไกอย่างเดียวเท่านั้นสำหรับนิวตริโนที่กระจายอย่างยืดหยุ่น เกจโบซอนแบบอ่อนแอถูกค้นพบเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมในอิเล็กตรอนจากการแลกเปลี่ยนระหว่างนิวตริโนกับ Z. โฟตอนที่ไม่มีมวลจะเป็นตัวเชื่อมระหว่างการปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า เกจโบซอนสี่ตัวเหล่านี้สร้างรูปแบบของการปฏิสัมพันธ์แบบไฟฟ้าอ่อนแอ (อังกฤษ: electroweak interaction) ในหมู่อนุภาคมูลฐานต่าง ๆ

ฮิกส์โบซอน[แก้]

บทความหลัก: ฮิกส์โบซอน

แม้ว่าแรงที่อ่อนแอและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะปรากฏต่อเราค่อนข้างแตกต่างกับพลังงานในชีวิตประจำวันก็ตาม ทั้งสองแรงนี้ก็ถูกตั้งเป็นทฤษฏีเพื่อที่จะรวมกันเป็นแรงเดียวที่เรียกว่าเรงไฟฟ้าอ่อนแอ (อังกฤษ: electroweak force) ที่พลังงานสูง เห็นได้ชัดว่าคำทำนายนี้ได้รับการยืนยันจากการตรวจวัดพื้นที่หน้าตัดสำหรับการกระจายอิเล็กตรอน-โปรตอนแบบพลังงานสูงที่เครื่องทดลองการชนของเครื่องเร่งอนุภาคเยอรมันชื่อว่า Hadron Elektron Ring Anlage (HERA) ที่ Deutsches Elektronen-Synchrotron (English German Electron Synchrotron) (DESY) ความแตกต่างทั้งหลายที่พลังงานต่ำเป็นผลมาจากมวลที่สูงมากของ W และ Z โบซอน, ซึ่งเป็นผลมาจากกลไกของฮิกส์. ด้วยกระบวนการของ'การแตกออกแบบสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง' ฮิกส์เลือกทิศทางหนึ่งที่พิเศษในพื้นที่ไฟฟ้าอ่อนแอที่จะทำให้อนุภาคไฟฟ้าอ่อนแอสามตัวมีน้ำหนักมาก (โบซอนอ่อนแอทั้งหลาย) และทำให้ตัวหนึ่งยังคงปราศจากมวล (โฟตอน) ในวันที่ 4 กรกฎาคม 2012 หลังจากหลายปีของการค้นหาด้วยการทดลองเพื่อหาหลักฐานของการดำรงอยู่ของมัน, ฮิกส์โบซอนได้รับการประกาศว่าสามารถสังเกตได้ที่เครื่องทดลองการชนแฮดรอนขนาดใหญ่ (อังกฤษ: Large Hadron Collider) ของ CERN นายปีเตอร์ ฮิกส์ เป็นคนแรกที่ค้นพบการดำรงอยู่ของฮิกส์โบซอนได้ปรากฏตัวที่การประกาศนั้น[16] เชื่อกันว่าฮิกส์โบซอนมีมวลประมาณ 125 GeV[17] 'คุณค่าทางสถิติ'ของการค้นพบนี้ถูกรายงานว่า 5 ซิกมา ซึ่งหมายถึงความเชื่อมั่นอยู่ที่ประมาณ 99.99994% ในฟิสิกส์ของอนุภาค นี้เป็นระดับของคุณค่าที่จำเป็นในการขึ้นป้ายอย่างเป็นทางการว่าการสังเกตที่ได้จากการทดลองเป็น'การค้นพบ' การวิจัยในคุณสมบัติต่าง ๆ ของอนุภาคที่ถูกค้นพบใหม่มีการดำเนินการต่อไป

แกรวิตอน[แก้]

บทความหลัก: แกรวิตอน

แกรวิตอนได้รับการตั้งสมมติฐานเพื่อเป็นตัวเชื่อมของแรงโน้มถ่วง แต่ก็ยังคงไม่ถูกค้นพบและบางครั้งมันก็ยังรวมอยู่ในตารางของอนุภาคมูลฐาน[1] สปินของมันน่าจะเป็นสอง ดังนั้นมันจึงเป็นโบซอนตัวหนึ่ง และมันจะขาดประจุและมวล นอกเหนือจากการเป็นตัวเชื่อมของแรงที่อ่อนกำลังอย่างสุดขั้ว แกรวิตอนน่าจะมีปฏิยานุภาคของมันเอง[ต้องการอ้างอิง] และสลายตัวอย่างรวดเร็ว, ทำให้การตรวจพบตัวมันมีความยากลำบากอย่างมากแม้ว่ามันจะมีอยู่จริง

ที่ไกลเกินกว่าแบบจำลองมาตรฐาน[แก้]

อ้างอิง[แก้]

  • Bettini, Alessandro (2008) Introduction to Elementary Particle Physics. Cambridge Univ. Press. ISBN 978-0-521-88021-3
  1. 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 1.12 Sylvie Braibant; Giorgio Giacomelli; Maurizio Spurio (2012). Particles and Fundamental Interactions: An Introduction to Particle Physics (2nd ed.). Springer. pp. 1–3. ISBN 978-94-007-2463-1. 
  2. Ronald Newburgh; Joseph Peidle; Wolfgang Rueckner (2006). "Einstein, Perrin, and the reality of atoms: 1905 revisited". American Journal of Physics. 74 (6): 478–481. Bibcode:2006AmJPh..74..478N. doi:10.1119/1.2188962. 
  3. Friedel Weinert (2004). The Scientist as Philosopher: Philosophical Consequences of Great Scientific Discoveries. Springer. p. 43. ISBN 978-3-540-20580-7. 
  4. Friedel Weinert (2004). The Scientist as Philosopher: Philosophical Consequences of Great Scientific Discoveries. Springer. pp. 57–59. ISBN 978-3-540-20580-7. 
  5. 5.0 5.1 Meinard Kuhlmann (24 Jul 2013). "Physicists debate whether the world is made of particles or fields—or something else entirely". Scientific American. 
  6. 6.0 6.1 Zeeya Merali (18 Apr 2012). "Not-quite-so elementary, my dear electron: Fundamental particle 'splits' into quasiparticles, including the new 'orbiton'". Nature. doi:10.1038/nature.2012.10471. 
  7. 7.0 7.1 Ian O'Neill (24 Jul 2013). "LHC discovery maims supersymmetry, again". Discovery News. สืบค้นเมื่อ 2013-08-28. 
  8. Particle Data Group. "Unsolved mysteries—supersymmetry". The Particle Adventure. Berkeley Lab. สืบค้นเมื่อ 2013-08-28. 
  9. National Research Council (2006). Revealing the Hidden Nature of Space and Time: Charting the Course for Elementary Particle Physics. National Academies Press. p. 68. ISBN 978-0-309-66039-6. 
  10. "CERN latest data shows no sign of supersymmetry—yet". Phys.Org. 25 Jul 2013. สืบค้นเมื่อ 2013-08-28. 
  11. 11.0 11.1 Ryan Avent (19 Jul 2012). "The Q&A: Brian Greene—Life after the Higgs". The Economist. สืบค้นเมื่อ 2013-08-28. 
  12. Sylvie Braibant; Giorgio Giacomelli; Maurizio Spurio (2012). Particles and Fundamental Interactions: An Introduction to Particle Physics (2nd ed.). Springer. p. 384. ISBN 978-94-007-2463-1. 
  13. Frank Heile. "Is the Total Number of Particles in the Universe Stable Over Long Periods of Time?". 2014.
  14. Jared Brooks. "Galaxies and Cosmology". 2014. p. 4, equation 16.
  15. 15.0 15.1 15.2 Robert Munafo (24 Jul 2013). "Notable Properties of Specific Numbers". สืบค้นเมื่อ 2013-08-28. 
  16. Lizzy Davies (4 July 2014). "Higgs boson announcement live: CERN scientists discover subatomic particle". The Guardian. สืบค้นเมื่อ 2012-07-06. 
  17. Lucas Taylor (4 Jul 2014). "Observation of a new particle with a mass of 125 GeV". CMS. สืบค้นเมื่อ 2012-07-06. 

แหล่งข้อมูลอื่น[แก้]