ฮิกส์โบซอน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
(เปลี่ยนทางจาก อนุภาคฮิกส์)
ฮิกส์โบซอน
Candidate Higgs Events in ATLAS and CMS.png
เหตุการณ์ผู้สมัครฮิกส์โบซอนจากการชนกันระหว่างโปรตอนด้วยกันในเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ เหตุการณ์ด้านบนเกิดในการทดลอง CMS แสดงให้เห็นถึงการสลายกลายเป็นโฟตอนสองตัว (เส้นประสีเหลืองและหอสีเขียว) เหตุการณ์ด้านล่างเกิดในการทดลอง ATLAS แสดงให้เห็นถึงการสลายกลายเป็นมิวออน สี่ตัว (ร่องสีแดง)[Note 1]
ส่วนประกอบ อนุภาคมูลฐาน
สถิติ (อนุภาค) Bosonic
สถานะ ฮิกส์โบซอนด้วยมวล ≈125 GeV ได้รับการยืนยันอย่างไม่เป็นทางการโดย CERN ในวันที่ 14 มีนาคม 2013[1][2][3] ถึงแม้ว่ามันยังไม่ชัดเจนว่าเป็นโมเดลไหนที่อนุภาคสนับสนุนดีที่สุดหรือฮิกส์โบซอนแบบกลุ่มมีตัวตนหรือไม่[2]
(ดู: สถานะปัจจุบัน)
สัญญลักษณ์ H0
ทฤษฎีโดย R. Brout, F. Englert, P. Higgs, G. S. Guralnik, C. R. Hagen, and T. W. B. Kibble (1964)
ค้นพบโดย เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ (2011-2013)
Mass 125.09±0.21 (stat.)±0.11 (syst.) GeV/c2 (CMS+ATLAS)[4]
อายุเฉลี่ย

1.56×10−22 s

[Note 2] (คาดการณ์)
สลาย ไปเป็น

บอตทอม-คู่ปฏิบอตทอม (คาดการณ์)
2 W โบซอน (สังเกต)
2 กลูออน (คาดการณ์)
เทา-คู่ปฏิเทา (คาดการณ์)
2 Z-โบซอน (สังเกต)
2 โฟตอน (สังเกต)

การสลายอื่น ๆ หลากหลาย (คาดการณ์)
ประจุไฟฟ้า 0 e
ประจุสี 0
สปิน 0 (ยืนยันไม่เป็นทางการที่ 125 GeV)[1]
Parity +1 (ยืนยันไม่เป็นทางการที่ 125 GeV)[1]
การทดลองการชนระหว่างอนุภาคโปรตอนสองตัว อาจทำให้เกิดสัญญาณการมีตัวตนของอนุภาคฮิกส์

ฮิกส์โบซอน (อังกฤษ: Higgs boson) เป็นอนุภาคมูลฐานชนิดหนึ่งที่อยู่ในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาค มันเป็นการกระตุ้นควอนตัมของ สนามฮิกส์[6][7]—ซึ่งเป็นสนามพื้นฐานที่สำคัญอย่างมากต่อทฤษฎีฟิสิกส์ของอนุภาค[7] ที่คาดว่าจะมีอยู่จริงแต่แรกในทศวรรษที่ 1960s, ที่ไม่เหมือนสนามที่เคยรู้จักอื่น ๆ เช่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้า, และใช้ค่าคงที่ที่ไม่เป็นศูนย์เกือบทุกแห่ง คำถามที่ว่าสนามฮิกส์มีอยู่จริงหรือไม่ อยู่ในส่วนที่ไม่ได้ตรวจสอบสุดท้ายของแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาคและ "ปัญหาส่วนกลางของฟิสิกส์ของอนุภาค"[8][9] การปรากฏตัวของสนามนี้, ตอนนี้เชื่อว่าจะมีการยืนยัน, อธิบายคำถามที่ว่าทำไมอนุภาคมูลฐานบางตัวจึงมีมวลเมื่อ, ตามการสมมาตร (ฟิสิกส์)ที่ควยคุมปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน, พวกมันควรจะไม่มีมวล การมีอยู่ของสนามฮิกส์จะแก้ปัญหาที่มีมานานหลายอย่างอีกด้วย เช่นเหตุผลสำหรับอันตรกิริยาอย่างอ่อนที่มีช่วงระยะทำการสั้นมาก ๆ

ถึงแม้ว่าจะมีการตั้งสมมติฐานว่าสนามฮิกส์แทรกซึมอยู่ในจักรวาลทั้งมวล หลักฐานสำหรับการดำรงอยู่ของมันได้เป็นเรื่องยากมากที่จะหาได้ ในหลักการ สนามฮิกส์สามารถตรวจพบได้โยการกระตุ้นตัวมัน เพื่อให้แสดงตัวออกมาเป็นอนุภาคฮิกส์ แต่วิธีนี้เป็นเรื่องยากมากในการทำขึ้นและตรวจสอบ ความสำคัญของคำถามพื้นฐานนี้ได้นำไปสู่​​การค้นหาถึง 40 ปี และการก่อสร้างหนึ่งของสิ่งอำนวยความสะดวกเพื่อการทดลองที่มีราคาแพงที่สุดและมีความซับซ้อนที่สุดในโลกจนถึงวันนี้ คือเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ของเซิร์น[10] ในความพยายามที่จะสร้างฮิกส์โบซอนและอนุภาคอื่น ๆ สำหรับการสังเกตและการศึกษา เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2012, ได้มีการประกาศการค้นพบอนุภาคใหม่ที่มีมวลระหว่าง 125 ถึง 127 GeV/c2; นักฟิสิกส์สงสัยว่ามันเป็นฮิกส์โบซอน[11][12][13] ตั้งแต่นั้นมา อนุภาคดังกล่าวแสดงออกที่จะประพฤติ, โต้ตอบ, และสลายตัวในหลาย ๆ วิธีที่ได้คาดการณ์ไว้ตามแบบจำลองมาตรฐาน นอกจากนั้นมันยังได้รับการยืนยันอย่างไม่เป็นทางการที่จะมี parity เป็น even และมีสปินเป็นศูนย์[1] และมีลักษณะพื้นฐาน (อังกฤษ: fundamental attribute) ของฮิกส์โบซอน 2 อย่าง นี้ดูเหมือนจะเป็นอนุภาคแบบสเกลาตัวแรกที่มีการค้นพบในธรรมชาติ[14] การศึกษาอื่น ๆ มีความจำเป็นเพื่อตรวจสอบว่าอนุภาคที่ค้นพบใหม่นี้มีคุณสมบัติต่าง ๆ ตรงกับที่ได้มีการคาดการณ์ไว้สำหรับฮิกส์โบซอนโดยแบบจำลองมาตรฐานหรือตามที่ได้คาดการณ์โดยบางทฤษฎีว่าฮิกส์โบซอนแบบกลุ่มมีอยู่จริงหรือไม่[3]

ฮิกส์โบซอนถูกตั้งชื่อตามปีเตอร์ ฮิกส์ ซึ่งเป็นหนึ่งในหกนักฟิสิกส์ที่ในปี 1964 ได้นำเสนอกลไกที่บ่งบอกถึงการมีอยู่ของอนุภาคดังกล่าว เมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2013 สองคนในนั้น, ปีเตอร์ ฮิกส์และ François Englert ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์สำหรับการทำงานและการทำนายของพวกเขา (โรเบิร์ต Brout ผู้ร่วมวิจัยของ Englert ได้เสียชีวิตในปี 2011 และรางวัลโนเบลไม่ได้ส่งให้หลังการเสียชีวิตของผู้ประพันธ์ตามปกติ)[15]

ในแบบจำลองมาตรฐาน, อนุภาคฮิกส์เป็น โบซอน ที่ไม่มีสปิน, ไม่มีประจุไฟฟ้าหรือประจุสี นอกจากนี้มันยังไม่เสถียรอย่างมาก การสลายตัวไปเป็นอนุภาคอื่น ๆ เกือบจะเกิดขึ้นได้ในทันที มันเป็นการกระตุ้นของควอนตัมของหนึ่งในสี่ส่วนประกอบของสนามฮิกส์ ตัวหลังของสนามฮิกส์ประกอบขึ้นเป็นสนามสเกลาร์ ที่มีส่วนประกอบที่เป็นกลางสองตัวและส่วนประกอบที่มีประจุไฟฟ้าสองตัวที่ก่อให้เกิดคู่ซับซ้อน (อังกฤษ: complex doublet) ของการสมมาตรแบบ isospin อย่างอ่อน SU(2)

ในวันที่ 15 ธันวาคมปี 2015 ทั้งสองทีมของนักฟิสิกส์ที่ทำงานอิสระที่เซิร์นได้รายงานคำแนะนำเบื้องต้นของการเป็นไปได้ของอนุภาคย่อยใหม่ ถ้าจริง อนุภาคสามารถเป็นได้ทั้งรุ่นที่หนักกว่าของฮิกส์โบซอน หรือเป็น Graviton อย่างใดอย่างหนึ่ง[16]

อนุภาคชนิดนี้มีบทบาทพิเศษในแบบจำลองมาตรฐาน กล่าวคือเป็นอนุภาคที่อธิบายว่าทำไมอนุภาคมูลฐานชนิดอื่น เช่น ควาร์ก อิเล็กตรอน ฯลฯ (ยกเว้นโฟตอนและกลูออน) ถึงมีมวลได้ และที่พิเศษกว่าคือ สามารถอธิบายว่าทำไมอนุภาคโฟตอนถึงไม่มีมวล ในขณะที่อนุภาค W และ Z โบซอนถึงมีมวลมหาศาล ซึ่งมวลของอนุภาคมูลฐาน รวมไปถึงความแตกต่างระหว่างแรงแม่เหล็กไฟฟ้าอันเกิดจากอนุภาคโฟตอน และอันตรกิริยาอย่างอ่อนอันเกิดจากอนุภาค W และ Z โบซอนนี่เอง เป็นผลสำคัญอย่างยิ่งที่ประกอบกันเกิดเป็นสสารในหลายรูปแบบ ทั้งที่เรามองเห็นและมองไม่เห็น ทฤษฎีอิเล็กโตรวีค (electroweak) กล่าวไว้ว่า อนุภาคฮิกส์เป็นตัวผลิตมวลให้กับอนุภาคเลปตอน (อิเล็กตรอน มิวออน เทา) และควาร์ก

เนื่องจากอนุภาคฮิกส์มีมวลมากแต่สลายตัวแทบจะทันทีที่ก่อกำเนิดขึ้นมา จึงต้องใช้เครื่องเร่งอนุภาคที่มีพลังงานสูงมากในการตรวจจับและบันทึกข้อมูล ซึ่งการทดลองเพื่อพิสูจน์ความมีตัวตนของอนุภาคฮิกส์นี้จัดทำโดยองค์การวิจัยนิวเคลียร์ยุโรป (CERN) โดยทดลองภายในเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ (LHC) และเริ่มต้นการทดลองตั้งแต่ต้นปี 2010 จากการคำนวณตามแบบจำลองมาตรฐานแล้ว เครื่องเร่งอนุภาคจะต้องใช้พลังงานสูงถึง 1.4 เทระอิเล็กตรอนโวลต์ (TeV) ในการผลิตอนุภาคมูลฐานให้มากพอที่จะตรวจวัดได้[17] ดังนั้นจึงได้มีการสร้างเครื่องชนอนุภาคขนาดใหญ่ (LHC) ดังกล่าวขึ้นมาเพื่อทำการทดลองพิสูจน์ความมีตัวตนของอนุภาคชนิดนี้[18]

วันที่ 12 ธันวาคม 2554 ทีม ATLAS และทีม CMS ของเซิร์น ประกาศว่าได้ค้นพบข้อมูลที่อาจแสดงถึงการค้นพบฮิกส์โบซอน[19] และในวันที่ 4 กรกฎาคม 2555 ทั้งสองทีมได้ออกมาประกาศว่าได้ค้นพบอนุภาคชนิดใหม่ ซึ่งเรียกได้ว่าเป็น "อนุภาคที่สอดคล้องกับอนุภาคฮิกส์" มากที่สุด มีมวลประมาณ 125 GeV/c2 (ประมาณ 133 เท่าของโปรตอน หรืออยู่ในระดับ 10-25 กิโลกรัม) หลังจากนั้นได้มีการวิเคราะห์และตรวจสอบผลอย่างละเอียดเพื่อพิสูจน์ว่าอนุภาคดังกล่าวเป็นอนุภาคฮิกส์จริง และในวันที่ 14 มีนาคม 2556[20] เซิร์นได้ยืนยันอย่างไม่เป็นทางการว่าอนุภาคที่ตรวจพบจากการทดลองครั้งนี้เป็นอนุภาคฮิกส์ตามทฤษฎีที่ทำนายไว้ ซึ่งจะเป็นหลักฐานชิ้นสำคัญที่สุดที่สนับสนุนแบบจำลองมาตรฐาน นำไปสู่การศึกษาฟิสิกส์สาขาใหม่[21][22][23][24][25]

แนวคิดเกี่ยวกับอนุภาคฮิกส์ และสนามฮิกส์ (Higgs field) เกิดขึ้นราวปี 2507 โดยนักวิทยาศาสตร์หลายคน ได้แก่ ฟร็องซัว อ็องแกลร์ (François Englert) และ โรเบิร์ต เบราท์ (Robert Brout) ในเดือนสิงหาคม[26] ปีเตอร์ ฮิกส์ ในเดือนตุลาคม[27] รวมถึงงานวิจัยอิสระอีกสามชุดโดย เจอรัลด์ กูรัลนิค (Gerald Guralnik) ซี.อาร์.เฮเกน (C. R. Hagen) และ ทอม คิบเบิล (Tom Kibble) ในฤดูใบไม้ผลิปีก่อนหน้าคือ ปี 2506

เลออน เลเดอร์แมน นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลชาวอเมริกัน ตั้งชื่ออนุภาคฮิกส์ว่า "อนุภาคพระเจ้า" (God particle)[28] แต่นักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงหลายคนไม่เห็นด้วยและไม่ชอบชื่อนี้[29]

ดูเพิ่ม[แก้]

อ้างอิง[แก้]

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 O'Luanaigh, C. (14 March 2013). "New results indicate that new particle is a Higgs boson". CERN. สืบค้นเมื่อ 2013-10-09. 
  2. 2.0 2.1 Bryner, J. (14 March 2013). "Particle confirmed as Higgs boson". NBC News. สืบค้นเมื่อ 2013-03-14. 
  3. 3.0 3.1 Heilprin, J. (14 March 2013). "Higgs Boson Discovery Confirmed After Physicists Review Large Hadron Collider Data at CERN". The Huffington Post. สืบค้นเมื่อ 2013-03-14. 
  4. ATLAS; CMS (26 March 2015). "Combined Measurement of the Higgs Boson Mass in pp Collisions at √s=7 and 8 TeV with the ATLAS and CMS Experiments". arΧiv:1503.07589. 
  5. LHC Higgs Cross Section Working Group; Dittmaier; Mariotti; Passarino; Tanaka; Alekhin; Alwall; Bagnaschi และคณะ (2012). "Handbook of LHC Higgs Cross Sections: 2. Differential Distributions". CERN Report 2 (Tables A.1 – A.20) 1201: 3084. arXiv:1201.3084. Bibcode:2012arXiv1201.3084L. 
  6. Onyisi, P. (23 October 2012). "Higgs boson FAQ". University of Texas ATLAS group. สืบค้นเมื่อ 2013-01-08. 
  7. 7.0 7.1 Strassler, M. (12 October 2012). "The Higgs FAQ 2.0". ProfMattStrassler.com. สืบค้นเมื่อ 2013-01-08. "[ถาม] ทำไมนักวิทยาศาสตร์อนุภาคจึงสนใจมากเกี่ยวกับอนุภาคฮิกส์?
    [ตอบ] OK, จริง ๆ แล้ว พวกเขาไม่ได้สนใจมากนัก สิ่งที่พวกเขาสนใจจริง ๆ ก็ตือ สนาม ของฮิกส์ เพราะว่ามันสำคัญ มาก [เน้นในของเดิม]"
     
  8. อ้างอิงผิดพลาด: ป้ายระบุ <ref> ไม่ถูกต้อง ไม่มีการกำหนดข้อความสำหรับอ้างอิงชื่อ Proceedings_1986
  9. อ้างอิงผิดพลาด: ป้ายระบุ <ref> ไม่ถูกต้อง ไม่มีการกำหนดข้อความสำหรับอ้างอิงชื่อ Higgs_Hunters_Guide
  10. Strassler, M. (8 October 2011). "The Known Particles – If The Higgs Field Were Zero". ProfMattStrassler.com. สืบค้นเมื่อ 13 November 2012. "The Higgs field: so important it merited an entire experimental facility, the Large Hadron Collider, dedicated to understanding it." 
  11. Biever, C. (6 July 2012). "It's a boson! But we need to know if it's the Higgs". New Scientist. สืบค้นเมื่อ 2013-01-09. "'As a layman, I would say, I think we have it,' said Rolf-Dieter Heuer, director general of CERN at Wednesday's seminar announcing the results of the search for the Higgs boson. But when pressed by journalists afterwards on what exactly 'it' was, things got more complicated. 'We have discovered a boson – now we have to find out what boson it is'
    Q: 'If we don't know the new particle is a Higgs, what do we know about it?' We know it is some kind of boson, says Vivek Sharma of CMS [...]
    Q: 'are the CERN scientists just being too cautious? What would be enough evidence to call it a Higgs boson?' As there could be many different kinds of Higgs bosons, there's no straight answer.
    [emphasis in original]"
     
  12. Siegfried, T. (20 July 2012). "Higgs Hysteria". Science News. สืบค้นเมื่อ 2012-12-09. "In terms usually reserved for athletic achievements, news reports described the finding as a monumental milestone in the history of science." 
  13. Del Rosso, A. (19 November 2012). "Higgs: The beginning of the exploration". CERN Bulletin (47–48). สืบค้นเมื่อ 2013-01-09. "Even in the most specialized circles, the new particle discovered in July is not yet being called the “Higgs boson". Physicists still hesitate to call it that before they have determined that its properties fit with those the Higgs theory predicts the Higgs boson has." 
  14. Naik, G. (14 March 2013). "New Data Boosts Case for Higgs Boson Find". The Wall Street Journal. สืบค้นเมื่อ 2013-03-15. "'We've never seen an elementary particle with spin zero,' said Tony Weidberg, a particle physicist at the University of Oxford who is also involved in the CERN experiments." 
  15. Overbye, D. (8 October 2013). "For Nobel, They Can Thank the 'God Particle'". The New York Times. สืบค้นเมื่อ 2013-11-03. 
  16. Overbye, Dennis (15 December 2015). "Physicists in Europe Find Tantalizing Hints of a Mysterious New Particle". New York Times. สืบค้นเมื่อ 15 December 2015. 
  17. Lee, Benjamin W.; Quigg, C.; Thacker, H. B. (1977). "Weak interactions at very high energies: The role of the Higgs-boson mass". Physical Review D 16 (5): 1519–1531. Bibcode:1977PhRvD..16.1519L. doi:10.1103/PhysRevD.16.1519. 
  18. "Huge $10 billion collider resumes hunt for 'God particle' - CNN.com". CNN. 11 November 2009. สืบค้นเมื่อ 4 May 2010. 
  19. Rincon, Paul (13 December 2011). "LHC: Higgs Boson 'may have been glimpsed". BBC. สืบค้นเมื่อ 13 December 2011. 
  20. อ้างอิงผิดพลาด: ป้ายระบุ <ref> ไม่ถูกต้อง ไม่มีการกำหนดข้อความสำหรับอ้างอิงชื่อ .E0.B8.A2.E0.B8.B7.E0.B8.99.E0.B8.A2.E0.B8.B1.E0.B8.99_CERN
  21. "CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson". CERN. 4 July 2012. สืบค้นเมื่อ 4 July 2012. 
  22. "Observation of a New Particle with a Mass of 125 GeV". Cms.web.cern.ch. สืบค้นเมื่อ 2012-07-05. 
  23. "ATLAS Experiment". Atlas.ch. 2006-01-01. สืบค้นเมื่อ 2012-07-05. 
  24. Video (04:38) - CERN Announcement (4 July 2012) Of Higgs Boson Discovery.
  25. Overbye, Dennis (July 4, 2012). "A New Particle Could Be Physics’ Holy Grail". New York Times. สืบค้นเมื่อ July 4, 2012. 
  26. "Broken Symmetry and the Mass of Gauge Vector Mesons".
  27. "Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons".
  28. Higgs Boson: Discovery Could Explain How Universe Began
  29. The Higgs boson: Why scientists hate that you call it the ‘God particle’

แหล่งข้อมูลอื่น[แก้]



อ้างอิงผิดพลาด: มีป้ายระบุ <ref> สำหรับกลุ่มชื่อ "Note" แต่ไม่พบป้ายระบุ <references group="Note"/> ที่สอดคล้องกัน หรือไม่มีการปิด </ref>