อนุภาคพระเจ้าเป็นองค์ประกอบที่เชื่อมโยงของจักรวาล

เกิดอะไรขึ้น ฮิกส์ โบซอน- ไม่ต้องสงสัยเลยว่าพวกคุณส่วนใหญ่เคยได้ยินเกี่ยวกับอนุภาคนี้ซึ่งถูกค้นพบและมอบบางสิ่งให้กับนักวิทยาศาสตร์อย่างไม่ต้องสงสัย

อย่างไรก็ตาม มีกี่คนที่เข้าใจปัญหานี้? ลองอธิบายเรื่องนี้ให้คุณฟังอย่างเรียบง่ายและชัดเจนที่สุด

คำนำ

สิ่งที่เกิดขึ้นในพิภพเล็ก ๆ นั้นเป็นเรื่องยากมากสำหรับจิตใจมนุษย์ที่จะรับรู้ คุณรู้ไหมว่าอิเล็กตรอนคืออะไรใช่ไหม? พวกคุณส่วนใหญ่ที่มาจากโรงเรียน ลองจินตนาการว่ามันเป็นลูกบอลเล็กๆ ที่หมุนรอบนิวเคลียส โปรตอนและนิวตรอน? พวกนี้ก็เป็นลูกบอลเหมือนกันใช่ไหม?

ผู้ที่เคยพยายามเข้าใจกลศาสตร์ควอนตัมเพียงเล็กน้อยจะจินตนาการว่าอนุภาคมูลฐานเป็นเหมือนเมฆ เมื่อมีคนเห็นข้อความ“ อนุภาคมูลฐานใด ๆ ก็เป็นคลื่นเช่นกัน” ภาพของคลื่นในทะเลหรือบนพื้นผิวของทะเลสาบที่มีการขว้างก้อนหินก็ปรากฏขึ้นในหัวของพวกเขาทันที

หากมีคนบอกว่าอนุภาคเป็นเหตุการณ์ภายในสนามใดสนามหนึ่ง ก็จะจินตนาการถึงช่วงเวลาหนึ่งจากความทรงจำหรือเหตุการณ์ในอนาคตทันที และสนามนั้นจะ "ฮัมเพลง" ในหัวของเขาเหมือนกับตู้หม้อแปลงไฟฟ้า

ความจริงก็คือคำต่างๆ เช่น อนุภาค คลื่น และสนาม ในระดับจุลภาค สะท้อนความเป็นจริงได้ไม่ดีนักและการจินตนาการโดยเปรียบเทียบกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติธรรมดานั้นไม่ถูกต้อง ดังนั้นควรพยายามกรองภาพที่มองเห็นออก เนื่องจากภาพเหล่านี้จะไม่ถูกต้องและรบกวนความเข้าใจ

เราต้องยอมรับความจริงที่ว่า โดยหลักการแล้วอนุภาคไม่ใช่สิ่งที่สามารถ "สัมผัส" ได้แต่เนื่องจากเราเป็นมนุษย์และความรู้ทางการสัมผัสของโลกเป็นลักษณะเฉพาะของเรา เราจึงต้องต่อสู้กับสัญชาตญาณของเราเองเพื่อทำความเข้าใจปัญหานี้

อิเล็กตรอน โฟตอน หรือฮิกส์โบซอน ไม่เป็นทั้งอนุภาคและคลื่น- โดยทั่วไปแล้วจะเป็นสิ่งที่อยู่ตรงกลางและไม่มีคำที่เหมาะสมสำหรับสิ่งนี้ (ไม่จำเป็น) มนุษยชาติรู้วิธีทำงานร่วมกับพวกเขา เรารู้วิธีการคำนวณ แต่การค้นหาคำที่จะอธิบายภาพทางจิต... นี่เป็นปัญหา ความจริงก็คือว่าสิ่งเหล่านี้ ซึ่งเป็นอนุภาคมูลฐาน ในโลกที่คุ้นเคย ไม่สามารถเปรียบเทียบกับสิ่งใดได้ นี่คือโลกที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ไมโครเวิลด์

คุณมองหาและพบอะไรจากเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ (LHC)

มีทฤษฎีที่เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าโลกทำงานอย่างไรในระดับที่เล็กที่สุด และมันถูกเรียกว่า - รุ่นมาตรฐาน- ตามแบบจำลองนี้ในโลกของเราก็มี สสารหลายประเภทที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กันเป็นประจำ.

เมื่อคิดถึงการโต้ตอบ จะสะดวกมากในการใช้พารามิเตอร์ เช่น มวล ความเร็ว และความเร่งซึ่งช่วยให้เราสามารถเรียกอนุภาคมูลฐานบางอย่างเช่น "อนุภาคพาหะ" โดยรวมแล้วมี 12 พันธุ์ในรุ่นนี้

อนุภาคแบบจำลองมาตรฐาน 11 รายการจากทั้งหมด 12 รายการเคยถูกตรวจพบมาก่อน อนุภาคที่ 12 เป็นโบซอนที่สอดคล้องกับสนามฮิกส์ให้มวลอนุภาคอื่นๆ มากมาย ซึ่งจำกัดความเร็วในการเคลื่อนที่ของพวกมัน สนามฮิกส์ไม่มีปฏิกิริยากับอนุภาคบางอนุภาคเลย ตัวอย่างเช่น มันไม่มีผลกระทบต่อโฟตอนและมีมวลเป็นศูนย์

ตามทฤษฎี ฮิกส์โบซอนถูกทำนายไว้เมื่อปี 1964แต่ที่นี่ พิสูจน์การดำรงอยู่ของมันคือการทดลอง สามารถทำได้เฉพาะในปี 2555 เท่านั้น- ตลอดหลายปีที่ผ่านมาพวกเขาค้นหาโบซอนอย่างไม่รู้จักเหน็ดเหนื่อย!

ก่อนที่มันจะเริ่มทำงาน ถังที่องค์การเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN) คือ ตัวชนกันของอิเล็กตรอน-โพซิตรอนอยู่ในอิลลินอยส์ เทวาตรอนแต่ความสามารถเหล่านี้ไม่เพียงพอที่จะทำการทดลองที่จำเป็น แม้ว่าการทดลองยังคงให้ผลลัพธ์ที่แน่นอน

ฮิกส์ โบซอน- อนุภาคหนักและตรวจพบได้ยากมาก สาระสำคัญของการทดลองนั้นง่ายมาก แต่การใช้งานพร้อมการตีความผลลัพธ์ในภายหลังนั้นเป็นเรื่องจริง ปัญหา.

ดังนั้นพวกเขาจึงรับมัน โปรตอนสองตัวและเร่งความเร็วจนใกล้ความเร็วแสง- ในช่วงเวลาหนึ่ง พวกเขากำลังเผชิญหน้ากัน- โปรตอนรู้สึก “ตกใจ” จากผลกระทบดังกล่าว เริ่มสลายเป็นอนุภาครอง- ในระหว่างกระบวนการนี้ พวกเขาพยายามตรวจจับฮิกส์โบซอน

การทำให้การทดลองซับซ้อนขึ้นก็คือความจริงที่ว่า การมีอยู่ของโบซอนสามารถยืนยันได้ทางอ้อมเท่านั้น- ระยะเวลาการดำรงอยู่ของฮิกส์โบซอนนั้นน้อยมาก เช่นเดียวกับระยะห่างระหว่างจุดกำเนิดและการหายตัวไป เป็นไปไม่ได้ที่จะวัดช่วงเวลาและระยะทางนี้ แต่! ฮิกส์โบซอนไม่ได้หายไปอย่างไร้ร่องรอยและการปรากฏตัวในระยะสั้นได้รับการพิสูจน์โดย "ผลิตภัณฑ์ที่สลายตัว"

มันเหมือนกับการมองหาเข็มในกองหญ้า ไม่ ในกองหญ้าขนาดใหญ่ ไม่สิ ในกองหญ้าขนาดใหญ่หลายพันกอง! ความจริงก็คือฮิกส์โบซอนสลายตัวด้วยความน่าจะเป็นที่ต่างกันไปจนกลายเป็นอนุภาคที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น สิ่งเหล่านี้อาจเป็นอนุภาคควาร์ก-แอนติควาร์ก, W-โบซอน หรืออนุภาคเทาโดยทั่วไป

ในบางกรณี การสลายตัวนั้นแยกได้ยากจากการสลายตัวของอนุภาคอื่นๆ ในกรณีอื่นๆ ไม่มีเวลาที่จะบันทึกสิ่งที่เกิดขึ้นเลย ตามที่ทราบกันดีว่าเครื่องตรวจจับ จับการเปลี่ยนแปลงของฮิกส์โบซอนเป็นเลปตันได้ดีที่สุด(อนุภาคมูลฐาน) แต่ความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ดังกล่าวมีเพียง 0.013% เท่านั้น

เครื่องตรวจจับ ATLAS และ CMS เข้ามามีบทบาท

หกเดือนของการทดลอง ถังและการชนกันนับล้านครั้งในหนึ่งวินาทีก็ให้ผลลัพธ์ตามที่ต้องการ นักวิทยาศาสตร์ได้บันทึกเลปตัน 4 ตัวเดียวกันนั้น (มากถึงห้าเท่า)

เครื่องตรวจจับขนาดยักษ์ทำให้สามารถบันทึกสิ่งนี้ได้ แอตลาสและ ซีเอ็มเอสซึ่งเผยให้เห็น อนุภาคที่มีพลังงาน 125GeV(หน่วยวัดในฟิสิกส์ควอนตัม) ตัวบ่งชี้นี้สอดคล้องกับการทำนายทางทฤษฎีของฮิกส์โบซอน

ส่วนหนึ่งของบางสิ่งที่ใหญ่กว่า

เกิดอะไรขึ้นถ้ามีข้อผิดพลาด? ใช่ นักวิจัยถามคำถามนี้ด้วย ดังนั้น เพื่อยืนยันการค้นพบนี้ จึงมีการทดลองซ้ำหลายครั้ง

“อนุภาคพระเจ้า” หรือ ฮิกส์ โบซอน ในศัพท์ทางวิทยาศาสตร์

บุคคลนั้นค้นหาอยู่ตลอดเวลา เขาไม่เคยพอใจกับความรู้ผิวเผิน แต่ออกเดินทางสู่โลกใหม่อย่างต่อเนื่องไปยังที่ห่างไกลและไม่รู้จัก ตามคำกล่าวของอริสโตเติล “มนุษย์โดยธรรมชาติแล้วย่อมแสวงหาความรู้”

คริสตจักรถือว่ามนุษย์เป็นพระฉายาของพระเจ้า และเช่นเดียวกับที่พระเจ้าทรงไม่มีขอบเขตและไม่มีขอบเขต ความปรารถนาของมนุษย์ที่จะค้นหาคำตอบสำหรับคำถามเร่งด่วนที่สุดก็วัดค่าไม่ได้เช่นกัน “ฉันเป็นใคร? ฉันมาจากไหน? ฉันจะไปไหน? นั่นคือเหตุผลว่าทำไมวิทยาศาสตร์จึงถือเป็นของขวัญอันยิ่งใหญ่จากพระเจ้าต่อมนุษยชาติ ซึ่งเป็นผลมาจากการพัฒนาความสามารถที่มีอยู่ในตัวมนุษย์โดยพระเจ้า พระเจ้าประทานของขวัญสร้างสรรค์ที่ได้รับการดลใจแก่มนุษย์ ประทานความสามารถในการคิด ความปรารถนาที่จะสร้าง ความสามารถในการค้นพบสิ่งที่ไม่รู้จัก และใช้ความรู้ใหม่เพื่อปรับปรุงชีวิตของเขา

ในปี พ.ศ. 2497 องค์การเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป หรือเรียกโดยย่อว่า CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) ได้ก่อตั้งขึ้น ในปี 1981 หลังจากเตรียมงานมาหลายปี การทดลองครั้งแรกเกี่ยวกับการชนของแฮดรอนได้เกิดขึ้นที่เครื่องเร่งโปรตอนซูเปอร์ซินโครตรอนที่ศูนย์ CERN ซึ่งตั้งอยู่ที่ชายแดนฝรั่งเศส-สวิส จุดประสงค์ของการทดลองเหล่านี้คือพยายามเสนอทฤษฎีที่มีพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับธรรมชาติของโลกวัตถุและสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาแรกของชีวิตของจักรวาลทันทีหลังจากกำเนิด

ในระหว่างการทดลอง นักวิทยาศาสตร์ชนอนุภาควัตถุขนาดเล็ก (ที่เรียกว่าอนุภาคมูลฐาน) เข้าด้วยกันด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง ด้วยการเลือกอนุภาคที่เหมาะสมและความเร็วของการเคลื่อนที่ คุณสามารถสร้างสภาวะที่จำลองสิ่งที่มีอยู่ ณ จุดเริ่มต้นของจักรวาลโดยประมาณได้ ดังนั้น ด้วยการศึกษาผลที่ตามมาของการชนกันของอนุภาคและยืนยันหรือหักล้างทฤษฎีที่มีอยู่ตามผลการทดลอง นักวิทยาศาสตร์จึงพยายามสร้างหน้าแรกของประวัติศาสตร์จักรวาลของเราขึ้นมาใหม่

นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังสร้างเงื่อนไขในห้องปฏิบัติการเพื่อให้อนุภาคมูลฐานที่หายากที่สุดสามารถทำงานได้ อนุภาคดังกล่าวอาจมีอยู่ในขั้นตอนหนึ่งของการพัฒนาจักรวาลและมีบทบาทในการก่อตัวของโลกแห่งวัตถุสมัยใหม่ ตัวอย่างของอนุภาคดังกล่าวคือ อนุภาคฮิกส์ (หรือเรียกอีกอย่างว่าฮิกส์โบซอน)

ตามทฤษฎีของศาสตราจารย์ปีเตอร์ ฮิกส์ ซึ่งตีพิมพ์ครั้งแรกในปี พ.ศ. 2507 อนุภาคมูลฐานจะมีมวลเพิ่มขึ้นจากการมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคมูลฐานชนิดพิเศษที่เรียกว่าฮิกส์โบซอน การมีมวล อนุภาคสามารถรวมตัวกันเป็นสสารอย่างที่เรารู้กันทุกวันนี้ การค้นพบเชิงทดลองของอนุภาคมูลฐานใหม่นี้ควรจะยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีของปีเตอร์ ฮิกส์ ดังนั้น จึงเป็นครั้งแรกที่เป็นไปได้ที่จะเข้าใจว่าอนุภาคมูลฐานได้รับมวลและเชื่อมโยงกันในรูปแบบต่างๆ เพื่อสร้างโลกสมัยใหม่ได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์เรียกอนุภาคฮิกส์ที่เป็นที่ต้องการนี้ว่า "อนุภาคเจ้ากรรม" เพราะ "ไม่มีทางที่จะตรวจพบได้"

ในปี 1993 นักฟิสิกส์ผู้ได้รับรางวัลโนเบล ลีออน แม็กซ์ เลเดอร์แมน ในหนังสือที่เขียนร่วมกับศาสตราจารย์ดิค เทเรซี ซึ่งมีชื่อว่า ถ้าจักรวาลคือคำตอบ คำถามคืออะไร? ได้ตั้งชื่อเล่นให้ฮิกส์โบซอนว่า "อนุภาคพระเจ้า" เนื่องจากบรรณาธิการของหนังสือปฏิเสธที่จะปล่อย ภายใต้ชื่อ “อนุภาคสาปแช่ง” ต่อมา Lederman อธิบายการเลือก "คำ" นี้กล่าวว่าประการแรกชื่อ "อนุภาคสาปแช่ง" ฟังดูหยาบคายเกินไปและไม่สามารถนำมาใช้ได้และประการที่สองอนุภาคนี้ในความเป็นจริงสามารถเรียกได้ว่าเป็น "อนุภาคของพระเจ้า" ” โดยคำนึงถึงบทบาทสำคัญและเป็นผู้นำในทฤษฎีการสร้างสสารตลอดจนในการชี้แจงคำถามที่ดูเหมือนจะเข้าใจยากเมื่อเร็ว ๆ นี้

ในเช้าวันพุธที่ 4 กรกฎาคม พ.ศ. 2555 ศูนย์วิจัยของ CERN ได้ประกาศจากเจนีวาว่าการทดลองเพื่อตรวจจับ "อนุภาคฮิกส์" ใกล้จะเสร็จสิ้นแล้ว เนื่องจากมีการค้นพบอนุภาคที่คล้ายกับฮิกส์โบซอน อนุภาคนี้มีชีวิตอยู่เพียงหนึ่งในพันของหนึ่งในพันล้านของวินาทีเท่านั้น! และถึงแม้ว่ายังไม่ได้นำเสนอหลักฐานที่แน่ชัดว่าอนุภาคที่ค้นพบนั้นเป็นฮิกส์โบซอนที่เป็นที่ต้องการ แต่ชุมชนวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ก็ยอมรับสมมติฐานนี้ หลังจากนั้นไม่นาน Peter Higgs เองก็ซึ่งอายุ 83 ปีแล้วได้ประกาศอย่างตื่นเต้นจาก CERN ว่าเขาไม่กล้าหวังว่าการค้นพบนี้จะเกิดขึ้นในช่วงชีวิตของเขา และในขณะเดียวกันก็บอกให้ครอบครัวของเขาเก็บแชมเปญไว้ในตู้เย็น เนื่องจากขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ยังคงมีงานสำคัญและยาวนาน ไม่ใช่โดยไม่มีเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนอ้างว่า “ฮิกส์โบซอนเปิดทางให้เข้าใจประมาณสี่เปอร์เซ็นต์ของจักรวาล”

อย่างไรก็ตาม คำว่า "อนุภาคพระเจ้า" และยิ่งกว่านั้น คำว่า "อนุภาคพระเจ้า" ก็ไม่ถือว่าประสบความสำเร็จ แม้แต่ปีเตอร์ ฮิกส์เองก็ยอมรับต่อสาธารณะว่าคำว่า "เสแสร้ง" โดยเน้นว่าการใช้คำนี้อย่างไม่เหมาะสมทำให้เกิดความไม่พอใจอย่างสมเหตุสมผล และทำให้ผู้คนสับสน นักฟิสิกส์ไม่ต้องการใช้คำนี้เลย โดยเชื่อว่ามีข้อผิดพลาดโดยธรรมชาติ และนำไปสู่การตีความความหมายที่แท้จริงของการวิจัยที่ไม่ถูกต้อง

นักฟิสิกส์หลายคนเชื่อว่าอนุภาคมูลฐานนี้เป็นเพียงส่วนหนึ่งของการสร้างสรรค์ของพระเจ้า เช่นเดียวกับวัตถุอื่นๆ รอบตัวเรา และนักฟิสิกส์ทุกคนอย่างเป็นเอกฉันท์ ทั้งผู้ศรัทธาและผู้ไม่เชื่อ ต่างยอมรับว่าฮิกส์โบซอนเป็นส่วนหนึ่งของธรรมชาติ ไม่ใช่พระเจ้า และไม่มีสิทธิ์ใดที่จะได้รับการยอมรับว่าเป็นพระเจ้าได้ดีไปกว่า เช่น ดวงอาทิตย์หรือก้อนหิน จริงๆ แล้ว ช่างไร้เดียงสาจริงๆ ที่เชื่อว่าคริสตจักร "กลัว" การค้นพบ "อนุภาคฮิกส์"! การกลัว "การปะทะกัน" ระหว่างวิทยาศาสตร์และศาสนาเป็นเรื่องไร้เดียงสาพอๆ กัน หลุยส์ ปาสเตอร์ กล่าวว่า “การขาดความรู้ทำให้คุณห่างไกลจากพระเจ้า แต่วิทยาศาสตร์ที่แท้จริงจะนำคุณไปหาพระองค์” ศาสนจักรอวยพรวิทยาศาสตร์ โดยมีเงื่อนไขว่าจะต้องเคารพมนุษย์และไม่ทำลายบุคลิกภาพของเขา พระคัมภีร์กล่าวว่า “พระเจ้าทรงสร้างยาและวิทยาศาสตร์อื่นๆ” บิดาผู้ยิ่งใหญ่ของคริสตจักรและนักบุญออร์โธดอกซ์หลายคนสอนอยู่ที่มหาวิทยาลัย งานของ Basil the Great เรื่อง "Conversations on the Six Days" ซึ่งมีการตีความและคำอธิบายในบทแรกของหนังสือปฐมกาล กลายเป็นแหล่งที่มาของแรงบันดาลใจสำหรับนักดาราศาสตร์ นักธรณีวิทยา แพทย์ และนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ หลายรุ่น คำสอนของนักบุญเกรกอรีแห่งนิสซาเกี่ยวกับการสร้างโลกซึ่งสร้างขึ้นในศตวรรษที่ 4 หลังจาก R.H. ถือเป็นลางสังหรณ์ของทฤษฎีบิ๊กแบง (“บิ๊กแบง”) ซึ่งเข้าใจกันว่าเป็นพลังที่หลั่งไหลเข้ามาของพระเจ้า ชุดนี้สามารถดำเนินต่อไปได้ไม่สิ้นสุด วิทยาศาสตร์พยายามเสนอคำอธิบายของตนเองเกี่ยวกับกระบวนการสร้างและโครงสร้างของโลกแม้ว่าตัวแทนหลายคนจะถือว่าสูตรเหล่านี้เป็นอันตรายอย่างยิ่ง! เทววิทยาออร์โธดอกซ์สอดคล้องกับการทรงเรียกที่แท้จริง ในการสอนเน้นที่พระองค์ผู้ทรงสร้างโลกและมนุษย์ ตามที่กล่าวไว้อย่างถูกต้อง วิทยาศาสตร์ตอบคำถาม "อย่างไร" เทววิทยาตอบคำถาม "ใคร"!

Metropolitan Hierotheus แห่ง Nafpaktos ตั้งข้อสังเกตอย่างถูกต้อง: “ วิทยาศาสตร์สร้างการค้นพบมากมายที่ออกแบบมาเพื่อก่อให้เกิดประโยชน์และไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ ในขณะที่เทววิทยาออร์โธดอกซ์ให้คำตอบสำหรับภารกิจทางจิตวิญญาณของผู้คนและช่วยให้พวกเขาค้นพบความรักที่ไม่เห็นแก่ตัวต่อพระเจ้าและต่อเพื่อนบ้านในยุคนั้น เมื่อมีการประกาศว่าไม่เพียงแต่เป็น "ความตายของพระเจ้า" เท่านั้น แต่ยังรวมถึง "ความตายของเพื่อนบ้านด้วย" ท้ายที่สุด ไม่ว่าวิทยาศาสตร์จะค้นพบกี่ครั้งก็ตาม คนๆ หนึ่งมักจะรู้สึกถึงความต้องการพระเจ้าส่วนตัว ความรักที่ไม่เห็นแก่ตัว เพื่อความสงบสุขภายในและอิสรภาพ เพื่อความสมบูรณ์ทางจิตวิญญาณ เขามักจะต้องการรู้ว่าอะไรอยู่นอกเหนือการสร้างสรรค์ เกิดอะไรขึ้นหลังความตาย ชีวิตนิรันดร์คืออะไร เป็นต้น” คริสตจักรสอนว่าพระเจ้าทรงสร้างโลกด้วยความรัก ความรักอันศักดิ์สิทธิ์นั้นเปี่ยมสุขและสร้างสรรค์ พระเจ้าไม่ใช่ความคิดที่เป็นนามธรรมและไม่สำคัญ พระเจ้าคือบุคคล พระเจ้าคือความรัก ด้วยความช่วยเหลือของโลโกส - พระวจนะอันศักดิ์สิทธิ์ซึ่งเป็นพลังงานที่ไม่ได้สร้างขึ้นของพระองค์ พระเจ้าทรงสร้างสิ่งสร้างทั้งหมด “ไม่มีอะไรบังคับให้พระเจ้าสร้างโลก แรงผลักดันเบื้องหลังการสร้างสรรค์ของพระเจ้าคือความรักของพระองค์ แทนที่จะบอกว่าจักรวาลถูกสร้างขึ้นโดยพระองค์จากความว่างเปล่า เราต้องบอกว่าจักรวาลถูกสร้างขึ้นโดยพระองค์จากพระองค์เอง นั่นก็คือจากความรัก การสร้างโลกไม่ใช่การกระทำตามเจตจำนงเสรีของพระองค์ แต่เป็นการกระทำด้วยความรักอันเสรีของพระองค์มากกว่า” (Metropolitan Callistus Ware, “The Orthodox Way”) โชคดีสำหรับเรา พระเจ้าไม่ใช่วิศวกร ช่างเครื่อง หรือช่างก่อสร้าง ประการแรกพระเจ้าทรงเป็นพระบิดา นั่นคือสาเหตุที่โลกมีความรักของพระเจ้ามากเกินไป และนั่นคือสาเหตุที่พระเจ้าทรงห่วงใยโลก มนุษย์คือมงกุฎแห่งการสร้างสรรค์ และพระเจ้าทรงเรียกเขาด้วยความปรารถนาอันยินดีและขอบคุณอย่างต่อเนื่องสำหรับผู้สร้างของพระองค์ที่จะนำการสร้างสรรค์ทั้งหมดไปสู่ความสมบูรณ์แบบอันไม่มีที่สิ้นสุดร่วมกับเขา จากที่กล่าวมาทั้งหมด ข้อสรุปตามธรรมชาติบ่งบอกว่าความรักคือ "อนุภาคมูลฐาน" ที่แท้จริงของพระเจ้า ทุกสิ่ง - และที่สำคัญที่สุดคือชีวิตของเรา - ได้รับความสำคัญและความหมายอันลึกซึ้งก็ต่อเมื่อพวกเขาโต้ตอบกับ "อนุภาค" ที่ไม่ธรรมดานี้ ซึ่งเป็นเพียงการสำแดงแก่นแท้ของพระเจ้าเท่านั้นที่ให้ความหมายแก่ความรู้ของมนุษย์และในขณะเดียวกันก็เกินขอบเขตของมัน เพราะตามคำพูดง่ายๆ ของผู้เผยแพร่ยอห์นที่ว่า “พระเจ้าทรงเป็นความรัก!”

ทุกคนคงจำกระแสฮือฮาเกี่ยวกับการค้นพบฮิกส์โบซอนในปี 2012 ได้ ทุกคนจำได้ แต่หลายคนยังไม่เข้าใจว่าเป็นวันหยุดแบบไหน? เราตัดสินใจที่จะคิดออก ให้ความกระจ่างแก่ตัวเอง และในขณะเดียวกันก็พูดคุยเกี่ยวกับความหมายของฮิกส์โบซอนด้วยคำพูดง่ายๆ!

รุ่นมาตรฐานและฮิกส์โบซอน

เริ่มจากจุดเริ่มต้นกันก่อน อนุภาคแบ่งออกเป็น โบซอนและ เฟอร์มิออน- โบซอนเป็นอนุภาคที่มีการหมุนเป็นจำนวนเต็ม เฟอร์มิออน - มีจำนวนครึ่งจำนวน

ฮิกส์โบซอนเป็นอนุภาคมูลฐานที่ได้รับการทำนายตามทฤษฎีเมื่อปี 1964 โบซอนเบื้องต้นเกิดขึ้นเนื่องจากกลไกของการทำลายสมมาตรของอิเล็กโทรอ่อนแอที่เกิดขึ้นเอง

มันชัดเจน? ไม่ดี. เพื่อให้ชัดเจนขึ้นเราต้องพูดถึง รุ่นมาตรฐาน.

รุ่นมาตรฐาน– หนึ่งในโมเดลหลักสมัยใหม่ในการอธิบายโลก อธิบายปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคมูลฐาน ดังที่เราทราบ โลกมีปฏิสัมพันธ์พื้นฐานอยู่ 4 ประการ ได้แก่ แรงโน้มถ่วง แรง อ่อน และแม่เหล็กไฟฟ้า เราไม่คำนึงถึงแรงโน้มถ่วงในทันทีเพราะว่า มีลักษณะที่แตกต่างออกไปและไม่รวมอยู่ในโมเดล แต่ปฏิสัมพันธ์ที่แรง อ่อน และแม่เหล็กไฟฟ้านั้นอธิบายไว้ภายในกรอบการทำงานของแบบจำลองมาตรฐาน ยิ่งไปกว่านั้น ตามทฤษฎีนี้ สสารประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานพื้นฐาน 12 ตัว - เฟอร์มิออน. โบซอนส์พวกเขายังเป็นพาหะของการโต้ตอบอีกด้วย คุณสามารถสมัครได้โดยตรงบนเว็บไซต์ของเรา

ดังนั้น ในบรรดาอนุภาคทั้งหมดที่ทำนายไว้ภายในแบบจำลองมาตรฐาน อนุภาคที่ยังไม่ถูกตรวจพบในการทดลองคือ ฮิกส์ โบซอน- ตามแบบจำลองมาตรฐาน โบซอนซึ่งเป็นควอนตัมของสนามฮิกส์ มีหน้าที่รับผิดชอบต่อความจริงที่ว่าอนุภาคมูลฐานมีมวล ลองจินตนาการว่าอนุภาคคือลูกบิลเลียดที่วางอยู่บนผ้าปูโต๊ะ ในกรณีนี้ ผ้าคือสนามฮิกส์ ซึ่งให้มวลของอนุภาค

ฮิกส์โบซอนถูกค้นหาอย่างไร

คำถามที่ว่าฮิกส์โบซอนถูกค้นพบเมื่อใดนั้นไม่สามารถตอบได้อย่างแม่นยำ ท้ายที่สุดแล้วมีการทำนายตามทฤษฎีในปี 2507 และการมีอยู่ของมันได้รับการยืนยันโดยการทดลองในปี 2555 เท่านั้น และตลอดเวลานี้พวกเขากำลังมองหาโบซอนที่เข้าใจยาก! พวกเขาค้นหาอย่างยาวนานและหนักหน่วง ก่อนถึง LHC มีเครื่องเร่งความเร็วอีกเครื่องหนึ่งที่ทำงานที่ CERN ซึ่งเป็นเครื่องชนกันของอิเล็กตรอน-โพซิตรอน นอกจากนี้ยังมี Tevatron ในรัฐอิลลินอยส์ แต่ความสามารถของมันไม่เพียงพอที่จะทำงานให้สำเร็จแม้ว่าการทดลองจะให้ผลลัพธ์ที่แน่นอนก็ตาม

ความจริงก็คือฮิกส์โบซอนเป็นอนุภาคหนัก และตรวจพบได้ยากมาก สาระสำคัญของการทดลองนั้นเรียบง่าย การใช้งานและการตีความผลลัพธ์นั้นซับซ้อน โปรตอนสองตัวถูกถ่ายด้วยความเร็วใกล้แสงและชนกัน โปรตอนซึ่งประกอบด้วยควาร์กและแอนติควาร์ก แตกสลายจากการชนกันอย่างรุนแรง และอนุภาคทุติยภูมิจำนวนมากก็ปรากฏขึ้น ในหมู่พวกเขาเองที่ตามหาฮิกส์โบซอน

ปัญหาคือว่าการมีอยู่ของโบซอนนี้สามารถยืนยันได้ทางอ้อมเท่านั้น ระยะเวลาที่ฮิกส์โบซอนดำรงอยู่นั้นน้อยมาก เช่นเดียวกับระยะห่างระหว่างจุดที่หายไปและลักษณะที่ปรากฏ ไม่สามารถวัดเวลาและระยะทางดังกล่าวได้โดยตรง แต่ฮิกส์ไม่ได้หายไปอย่างไร้ร่องรอย และสามารถคำนวณได้จาก "ผลิตภัณฑ์ที่ผุพัง"

แม้ว่าการค้นหาดังกล่าวจะคล้ายกับการค้นหาเข็มในกองหญ้ามาก และไม่ใช่แม้แต่อันเดียว แต่อยู่ในกองหญ้าทั้งหมด ความจริงก็คือฮิกส์โบซอนสลายตัวด้วยความน่าจะเป็นที่แตกต่างกันไปเป็น "ชุด" ของอนุภาคที่แตกต่างกัน นี่อาจเป็นคู่ควาร์ก-แอนติควาร์ก, W โบซอน หรือเลปตันที่มีขนาดใหญ่ที่สุด หรืออนุภาคเทา ในบางกรณี การสลายเหล่านี้เป็นเรื่องยากมากที่จะแยกแยะจากการสลายของอนุภาคอื่นๆ ไม่ใช่แค่ฮิกส์เท่านั้น ในกรณีอื่นๆ เครื่องตรวจจับไม่สามารถบันทึกได้อย่างน่าเชื่อถือ แม้ว่าเครื่องตรวจจับ LHC จะเป็นเครื่องมือวัดที่แม่นยำและทรงพลังที่สุดที่มนุษย์สร้างขึ้น แต่ก็ไม่สามารถวัดได้ทุกอย่าง การเปลี่ยนแปลงของฮิกส์เป็นเลปตันสี่ตัวนั้นตรวจพบได้ดีที่สุดโดยเครื่องตรวจจับ อย่างไรก็ตาม ความน่าจะเป็นของเหตุการณ์นี้มีน้อยมาก - เพียง 0.013% เท่านั้น

อย่างไรก็ตาม การทดลองนานกว่าหกเดือน เมื่อการชนของโปรตอนหลายร้อยล้านครั้งเกิดขึ้นในหนึ่งวินาทีในเครื่องชนกัน สามารถระบุกรณีสี่เลปตันดังกล่าวได้มากถึง 5 กรณี ยิ่งไปกว่านั้น พวกเขายังถูกบันทึกไว้ในเครื่องตรวจจับขนาดยักษ์สองตัว: ATLAS และ CMS ตามการคำนวณอิสระโดยใช้ข้อมูลจากเครื่องตรวจจับเครื่องหนึ่งและอีกเครื่องหนึ่ง มวลอนุภาคอยู่ที่ประมาณ 125 GeV ซึ่งสอดคล้องกับการทำนายทางทฤษฎีสำหรับฮิกส์โบซอน

เพื่อยืนยันอย่างสมบูรณ์และแม่นยำว่าอนุภาคที่ตรวจพบคือฮิกส์โบซอนอย่างแม่นยำ จึงต้องทำการทดลองอีกหลายอย่าง และแม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าฮิกส์โบซอนจะถูกค้นพบแล้ว แต่การทดลองในหลายกรณีกลับแตกต่างจากทฤษฎี ดังนั้น รุ่นมาตรฐานนักวิทยาศาสตร์หลายคนเชื่อว่าน่าจะเป็นส่วนหนึ่งของทฤษฎีขั้นสูงที่ยังไม่ถูกค้นพบ

การค้นพบฮิกส์โบซอนถือเป็นการค้นพบครั้งสำคัญของศตวรรษที่ 21 อย่างแน่นอน การค้นพบนี้เป็นก้าวสำคัญในการทำความเข้าใจโครงสร้างของโลก หากไม่ใช่เพราะเขา อนุภาคทั้งหมดก็จะไม่มีมวลเหมือนโฟตอน และไม่มีสิ่งใดในจักรวาลของเราเลยที่จะมีอยู่ ฮิกส์โบซอนเป็นก้าวหนึ่งในการทำความเข้าใจวิธีการทำงานของจักรวาล ฮิกส์โบซอนยังถูกเรียกว่าอนุภาคพระเจ้าหรืออนุภาคต้องสาปอีกด้วย อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์เองก็ชอบเรียกมันว่าโบซอนขวดแชมเปญมากกว่า อย่างไรก็ตาม เหตุการณ์ต่างๆ เช่น การค้นพบฮิกส์โบซอน สามารถเฉลิมฉลองได้เป็นเวลาหลายปี

เพื่อนๆ วันนี้เรามาทึ่งกับฮิกส์โบซอนกัน และหากคุณเบื่อหน่ายกับงานประจำที่ไม่สิ้นสุดหรืองานเรียนหนักๆ แล้วล่ะก็ ลองหันมาใช้ และเช่นเคย เราจะช่วยคุณแก้ไขปัญหาใดๆ ได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ

นักวิชาการ Valery Rubakov สถาบันวิจัยนิวเคลียร์ RAS และมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก

ในวันที่สี่กรกฎาคม 2555 มีเหตุการณ์สำคัญที่โดดเด่นสำหรับฟิสิกส์เกิดขึ้น: ในการสัมมนาที่ CERN (ศูนย์วิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป) มีการประกาศการค้นพบอนุภาคใหม่ ซึ่งตามที่ผู้เขียนการค้นพบประกาศอย่างรอบคอบสอดคล้องกัน ในคุณสมบัติของโบซอนเบื้องต้นตามทฤษฎีที่ทำนายไว้ของแบบจำลองมาตรฐานของอนุภาคฟิสิกส์เบื้องต้น โดยปกติจะเรียกว่าฮิกส์โบซอน แม้ว่าชื่อนี้จะไม่เพียงพอทั้งหมดก็ตาม เป็นไปได้ว่าเรากำลังพูดถึงการค้นพบวัตถุหลักอย่างหนึ่งของฟิสิกส์พื้นฐานซึ่งไม่มีความคล้ายคลึงกันระหว่างอนุภาคมูลฐานที่รู้จักและครอบครองสถานที่ที่ไม่เหมือนใครในภาพทางกายภาพของโลก (ดู "วิทยาศาสตร์และชีวิต" ฉบับที่ 1, 1996, บทความ “Boson Higgs is required!”)

เครื่องตรวจจับ LHC-B ได้รับการออกแบบมาเพื่อศึกษาคุณสมบัติของบีมีซอน - ฮาดรอนที่มีบีควาร์ก อนุภาคเหล่านี้จะสลายตัวอย่างรวดเร็ว โดยมีเวลาบินออกไปจากลำแสงอนุภาคเพียงเศษเสี้ยวมิลลิเมตรเท่านั้น ภาพ: Maximilien Brice, CERN

อนุภาคมูลฐานของแบบจำลองมาตรฐาน เกือบทั้งหมดมีปฏิภาคเป็นของตัวเอง ซึ่งถูกกำหนดด้วยสัญลักษณ์ที่มีเครื่องหมายตัวหนอนอยู่ด้านบน

ปฏิสัมพันธ์ในโลกใบเล็ก ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นเนื่องจากการแผ่รังสีและการดูดซับโฟตอน (a) ปฏิกิริยาที่อ่อนแอมีลักษณะคล้ายกัน: มีสาเหตุมาจากการปล่อย การดูดซึม หรือการสลายตัวของ Z-bosons (b) หรือ W-bosons (c)

ฮิกส์โบซอน H (หมุน 0) สลายตัวเป็นโฟตอน 2 ตัว (หมุน 1) ซึ่งการหมุนหมุนขนานกันและรวมกันเป็น 0

เมื่อโฟตอนถูกปล่อยออกมาหรือ Z-boson ถูกปล่อยออกมาโดยอิเล็กตรอนที่เร็ว การฉายภาพการหมุนของมันไปยังทิศทางการเคลื่อนที่จะไม่เปลี่ยนแปลง ลูกศรวงกลมแสดงการหมุนภายในของอิเล็กตรอน

ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงไปตามสนามและเป็นเกลียวไปในทิศทางอื่น

โฟตอนที่มีความยาวคลื่นยาว ดังนั้น พลังงานต่ำจึงไม่สามารถแก้ไขโครงสร้างของ π มีซอน ซึ่งเป็นคู่ควาร์ก-แอนติควาร์กได้

อนุภาคที่ถูกเร่งให้เกิดพลังงานมหาศาลในเครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่ชนกัน ทำให้เกิดอนุภาคทุติยภูมิจำนวนมาก ซึ่งก็คือผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา ในหมู่พวกเขา มีการค้นพบฮิกส์โบซอน ซึ่งนักฟิสิกส์หวังว่าจะพบมาเกือบครึ่งศตวรรษ

นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Peter W. Higgs พิสูจน์ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ว่าในแบบจำลองมาตรฐานของอนุภาคมูลฐานจะต้องมีโบซอนอีกตัวหนึ่ง ซึ่งเป็นควอนตัมของสนามที่สร้างมวลในสสาร

เกิดอะไรขึ้นในงานสัมมนาและก่อนหน้านั้น

ประกาศการสัมมนาเมื่อปลายเดือนมิถุนายน ปรากฏชัดทันทีว่าจะไม่ธรรมดา ความจริงก็คือข้อบ่งชี้แรกของการมีอยู่ของโบซอนตัวใหม่นั้นได้รับย้อนกลับไปในเดือนธันวาคม 2554 ในการทดลอง ATLAS และ CMS ที่ดำเนินการที่ Large Hadron Collider (LHC) ที่ CERN นอกจากนี้ ก่อนการสัมมนาไม่นาน มีข้อความปรากฏขึ้นว่าข้อมูลจากการทดลองที่เครื่องชนกันของโปรตอน-แอนติโปรตอนของเทวาตรอน (เฟอร์มิแล็บ สหรัฐอเมริกา) ก็บ่งชี้ถึงการมีอยู่ของโบซอนชนิดใหม่ด้วย ทั้งหมดนี้ยังไม่เพียงพอที่จะพูดถึงการค้นพบ แต่ตั้งแต่เดือนธันวาคม ปริมาณข้อมูลที่รวบรวมที่ LHC เพิ่มขึ้นสองเท่า และวิธีการประมวลผลก็มีความก้าวหน้ามากขึ้น ผลลัพธ์นั้นน่าประทับใจ: ในการทดลอง ATLAS และ CMS แต่ละรายการแยกกัน ความน่าเชื่อถือทางสถิติของสัญญาณถึงค่าที่ถือเป็นระดับการค้นพบในฟิสิกส์ของอนุภาค (ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน 5 ค่า)

การสัมมนาจัดขึ้นในบรรยากาศรื่นเริง นอกจากนักวิจัยที่ทำงานที่ CERN และนักศึกษาที่กำลังศึกษาอยู่ที่นั่นในโครงการภาคฤดูร้อนแล้ว ผู้เข้าร่วม "เยี่ยมชม" ผ่านทางอินเทอร์เน็ตในการประชุมที่ใหญ่ที่สุดเกี่ยวกับฟิสิกส์พลังงานสูง ซึ่งเปิดขึ้นในเมลเบิร์นในวันเดียวกันนั้น การสัมมนาดังกล่าวได้รับการถ่ายทอดทางอินเทอร์เน็ตไปยังศูนย์วิจัยและมหาวิทยาลัยทั่วโลก รวมถึงรัสเซียด้วย หลังจากการแสดงที่น่าประทับใจโดยผู้นำความร่วมมือ CMS - Joe Incandela และ ATLAS - Fabiola Gianotti ผู้อำนวยการทั่วไปของ CERN Rolf Heuer กล่าวสรุป: "ฉันคิดว่าเราทำได้แล้ว!" (“ฉันคิดว่าเรามีมันอยู่ในมือแล้ว!”)

“ ในมือของเรา” คืออะไร และทำไมนักทฤษฎีถึงคิดมันขึ้นมา?

อนุภาคใหม่คืออะไร?

ทฤษฎีโลกใบเล็กเวอร์ชันขั้นต่ำเรียกว่าแบบจำลองมาตรฐานอย่างเชื่องช้า ประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานที่รู้จักทั้งหมด (เราแสดงรายการไว้ด้านล่าง) และปฏิสัมพันธ์ที่ทราบทั้งหมดระหว่างอนุภาคเหล่านั้น ปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงมีความโดดเด่น โดยไม่ได้ขึ้นอยู่กับประเภทของอนุภาคมูลฐาน แต่อธิบายไว้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ฮิกส์โบซอนยังคงเป็นองค์ประกอบเดียวของแบบจำลองมาตรฐานที่ยังไม่มีการค้นพบจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้

เราเรียกโมเดลมาตรฐานว่าโมเดลมาตรฐานน้อยที่สุดเพราะไม่มีอนุภาคมูลฐานอื่นๆ อยู่ในนั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันมีฮิกส์โบซอนเพียงตัวเดียวเท่านั้น และเป็นอนุภาคมูลฐาน ไม่ใช่อนุภาคประกอบ (ความเป็นไปได้อื่นๆ จะกล่าวถึงด้านล่าง) แง่มุมส่วนใหญ่ของแบบจำลองมาตรฐาน - ยกเว้นเซกเตอร์ใหม่ซึ่งมีฮิกส์โบซอนอยู่ - ได้รับการทดสอบในการทดลองจำนวนมาก และงานหลักในโปรแกรมงาน LHC คือการค้นหาว่าเวอร์ชันขั้นต่ำสุดของทฤษฎีเป็นจริงหรือไม่ นำมาใช้ในธรรมชาติและอธิบายถึงโลกใบเล็กได้ครบถ้วนเพียงใด

ในระหว่างการนำโปรแกรมนี้ไปใช้ อนุภาคใหม่ถูกค้นพบ ซึ่งค่อนข้างหนักตามมาตรฐานของฟิสิกส์โลกใบเล็ก ในสาขาวิทยาศาสตร์นี้ มวลวัดเป็นหน่วยพลังงาน โดยคำนึงถึงความสัมพันธ์ E = mс 2 ระหว่างมวลและพลังงานนิ่ง หน่วยของพลังงานคืออิเล็กตรอนโวลต์ (eV) - พลังงานที่อิเล็กตรอนได้มาหลังจากผ่านความต่างศักย์ 1 โวลต์และอนุพันธ์ของมันคือ MeV (ล้าน 10 6 eV), GeV (พันล้าน 10 9 eV), TeV (ล้านล้าน 10 12 eV) มวลของอิเล็กตรอนในหน่วยนี้คือ 0.5 MeV โปรตอนมีค่าประมาณ 1 GeV และอนุภาคมูลฐานที่หนักที่สุดที่เรารู้จักคือ t-ควาร์ก มีค่าเท่ากับ 173 GeV ดังนั้น มวลของอนุภาคใหม่คือ 125-126 GeV (ความไม่แน่นอนสัมพันธ์กับข้อผิดพลาดในการวัด) ลองเรียกอนุภาคใหม่นี้ว่า N

ไม่มีประจุไฟฟ้า ไม่เสถียร และสามารถสลายตัวได้หลายวิธี มันถูกค้นพบที่ CERN Large Hadron Collider โดยศึกษาการสลายตัวของโฟตอนสองตัว H → γγ และออกเป็นคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอน และ/หรือมิวออน-แอนติมิวออนสองตัว H → e + e - e + e - , H → e + e - μ + μ - , H → μ + μ - μ + μ- กระบวนการประเภทที่สองเขียนเป็น H → 4ë โดยที่ ë หมายถึงหนึ่งในอนุภาค e +, e -, μ + หรือ μ - (เรียกว่าเลปตัน) ทั้ง CMS และ ATLAS ยังรายงานเหตุการณ์ส่วนเกินบางส่วน ซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยการสลายตัวของ H → 2ë2ν โดยที่ ν คือนิวตริโน อย่างไรก็ตาม ส่วนเกินนี้ยังไม่มีนัยสำคัญทางสถิติสูง

โดยทั่วไป ทุกสิ่งที่ทราบในปัจจุบันเกี่ยวกับอนุภาคใหม่นี้สอดคล้องกับการตีความว่าเป็นฮิกส์โบซอน ซึ่งทำนายโดยทฤษฎีอนุภาคมูลฐานเวอร์ชันที่ง่ายที่สุด นั่นคือแบบจำลองมาตรฐาน เมื่อใช้แบบจำลองมาตรฐาน เราสามารถคำนวณทั้งความน่าจะเป็นของการผลิตฮิกส์โบซอนในการชนของโปรตอน-โปรตอนที่เครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่ และความน่าจะเป็นในการสลายตัวของมัน และด้วยเหตุนี้จึงทำนายจำนวนเหตุการณ์ที่คาดหวังได้ การคาดการณ์ได้รับการยืนยันอย่างดีจากการทดลอง แต่แน่นอนว่าอยู่ภายในขอบเขตของข้อผิดพลาด ข้อผิดพลาดในการทดลองยังคงมีขนาดใหญ่ และยังมีค่าที่วัดได้น้อยมาก อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องยากที่จะสงสัยว่าเป็นฮิกส์โบซอนหรือสิ่งที่คล้ายกันมากที่ถูกค้นพบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาว่าการสลายตัวเหล่านี้น่าจะหายากมาก: 2 ใน 1,000 ฮิกส์โบซอนสลายตัวเป็นโฟตอนสองชุด และ 1 ใน 10,000 สลายตัวเป็น 4 ลิตร

ในมากกว่าครึ่งหนึ่งของกรณีนี้ ฮิกส์โบซอนควรจะสลายตัวเป็นคู่ b-quark - b-antiquark: H → bb̃ การกำเนิดของคู่บีบีในการชนกันของโปรตอน-โปรตอน (และโปรตอน-แอนติโปรตอน) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นบ่อยมากแม้ว่าจะไม่มีฮิกส์โบซอนเลยก็ตาม และยังไม่สามารถแยกสัญญาณออกจาก "สัญญาณรบกวน" นี้ (นักฟิสิกส์กล่าวว่าความเป็นมา ) ในการทดลองที่ LHC ความสำเร็จบางส่วนเกิดขึ้นจากเครื่องชนกันของเทวาตรอน และถึงแม้ว่านัยสำคัญทางสถิติจะลดลงอย่างเห็นได้ชัด แต่ข้อมูลเหล่านี้ยังสอดคล้องกับการคาดการณ์ของแบบจำลองมาตรฐานอีกด้วย

อนุภาคมูลฐานทั้งหมดมีการหมุน - โมเมนตัมเชิงมุมภายใน การหมุนของอนุภาคอาจเป็นจำนวนเต็ม (รวมศูนย์) หรือครึ่งจำนวนเต็มในหน่วยของค่าคงที่ของพลังค์ ћ อนุภาคที่มีการหมุนเป็นจำนวนเต็มเรียกว่าโบซอน และอนุภาคที่มีการหมุนเป็นจำนวนเต็มครึ่งหนึ่งเรียกว่าเฟอร์มิออน การหมุนของอิเล็กตรอนคือ 1/2 การหมุนของโฟตอนคือ 1 จากการวิเคราะห์ผลคูณการสลายตัวของอนุภาคใหม่ จะตามมาว่าการหมุนของมันคืออินทิกรัล นั่นคือ มันคือโบซอน จากการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมในการสลายตัวของอนุภาคให้เป็นโฟตอนคู่หนึ่ง H → γγ ดังนี้: การหมุนของโฟตอนแต่ละตัวเป็นจำนวนเต็ม โมเมนตัมเชิงมุมรวมของสถานะสุดท้าย (โฟตอนคู่) จะยังคงอยู่เหมือนเดิมเสมอ ซึ่งหมายความว่าสถานะเริ่มต้นก็ยังคงอยู่เช่นกัน

นอกจากนี้ มันไม่เท่ากับความสามัคคี: อนุภาคของสปิน 1 ไม่สามารถสลายตัวเป็นสองโฟตอนด้วยสปิน 1 ได้ สิ่งที่เหลืออยู่คือสปิน 0; 2 หรือมากกว่า แม้ว่ายังไม่ได้วัดการหมุนของอนุภาคใหม่ แต่ก็ไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่งที่เราจะต้องเผชิญกับอนุภาคของการหมุน 2 หรือมากกว่า เกือบจะแน่นอนว่าการหมุนของ H นั้นเป็นศูนย์ และดังที่เราจะได้เห็น ฮิกส์โบซอนต้องเป็นเช่นนี้อย่างแน่นอน

เมื่อสรุปคำอธิบายคุณสมบัติที่ทราบของอนุภาคใหม่ สมมติว่าตามมาตรฐานของฟิสิกส์โลกใบเล็กมันมีชีวิตอยู่ได้ค่อนข้างนาน จากข้อมูลการทดลอง การประมาณการอายุการใช้งานที่ต่ำกว่าจะให้ ThH > 10 -24 วินาที ซึ่งไม่ขัดแย้งกับการคาดการณ์ของแบบจำลองมาตรฐาน: ThH = 1.6·10 -22 วินาที สำหรับการเปรียบเทียบ: อายุขัยของ t-ควาร์กคือ T t = 3·10 -25 s โปรดทราบว่าการวัดอายุการใช้งานของอนุภาคใหม่ที่ LHC โดยตรงนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย

ทำไมต้องโบซอนอีก?

ในฟิสิกส์ควอนตัม แต่ละอนุภาคมูลฐานทำหน้าที่เป็นควอนตัมของสนามใดสนามหนึ่ง และในทางกลับกัน แต่ละสนามมีอนุภาคควอนตัมของตัวเอง ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดคือสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและควอนตัมของมันซึ่งก็คือโฟตอน ดังนั้น คำถามที่ตั้งไว้ในชื่อเรื่องสามารถจัดรูปแบบใหม่ได้ดังนี้

เหตุใดจึงจำเป็นต้องมีฟิลด์ใหม่และคุณสมบัติที่คาดหวังมีอะไรบ้าง

คำตอบสั้นๆ ก็คือความสมมาตรของทฤษฎีโลกใบเล็ก ไม่ว่าจะเป็นแบบจำลองมาตรฐานหรือทฤษฎีที่ซับซ้อนกว่านั้น ห้ามมิให้อนุภาคมูลฐานมีมวล และสนามใหม่จะทำลายสมมาตรเหล่านี้และรับประกันการมีอยู่ของมวลอนุภาค ในแบบจำลองมาตรฐาน - ทฤษฎีเวอร์ชันที่ง่ายที่สุด (แต่เฉพาะในนั้นเท่านั้น!) - คุณสมบัติทั้งหมดของสนามใหม่และดังนั้นโบซอนใหม่ ยกเว้นมวลของมัน ได้รับการทำนายอย่างคลุมเครืออีกครั้ง โดยอิงจากการพิจารณาด้านสมมาตรอีกครั้ง . ดังที่เราได้กล่าวไว้ ข้อมูลการทดลองที่มีอยู่นั้นสอดคล้องกับทฤษฎีเวอร์ชันที่ง่ายที่สุด แต่ข้อมูลเหล่านี้ยังค่อนข้างหายาก และมีงานอีกมากที่รออยู่ข้างหน้าเพื่อค้นหาว่าภาคใหม่ของฟิสิกส์อนุภาคมูลฐานทำงานอย่างไร

ให้เราพิจารณาบทบาทของความสมมาตรในฟิสิกส์ของไมโครเวิลด์ อย่างน้อยก็ในแง่ทั่วไป

ความสมมาตร กฎหมายอนุรักษ์ และข้อห้าม

คุณสมบัติทั่วไปของทฤษฎีฟิสิกส์ ไม่ว่าจะเป็นกลศาสตร์ของนิวตัน กลศาสตร์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ กลศาสตร์ควอนตัม หรือทฤษฎีของโลกใบเล็ก ก็คือแต่ละสมมาตรมีกฎการอนุรักษ์ของตัวเอง ตัวอย่างเช่น ความสมมาตรที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของเวลา (นั่นคือความจริงที่ว่ากฎของฟิสิกส์เหมือนกันทุกช่วงเวลา) สอดคล้องกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน ความสมมาตรที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในอวกาศสอดคล้องกับกฎหมาย การอนุรักษ์โมเมนตัม และสมมาตรเทียบกับการหมุนในนั้น (ทุกทิศทางในอวกาศเท่ากัน) - กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม กฎหมายการอนุรักษ์สามารถตีความได้ว่าเป็นข้อห้าม: ความสมมาตรที่ระบุไว้ห้ามการเปลี่ยนแปลงพลังงาน โมเมนตัม และโมเมนตัมเชิงมุมของระบบปิดในระหว่างการวิวัฒนาการ

และในทางกลับกัน กฎหมายอนุรักษ์แต่ละฉบับมีความสมมาตรของตัวเอง ข้อความนี้ถูกต้องอย่างยิ่งในทฤษฎีควอนตัม คำถามเกิดขึ้น: ความสมมาตรใดที่สอดคล้องกับกฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า? เป็นที่ชัดเจนว่าความสมมาตรของอวกาศและเวลาที่เราเพิ่งกล่าวถึงไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับมัน อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากความสมมาตรของกาล-อวกาศที่ชัดเจนแล้ว ยังมีความสมมาตร "ภายใน" ที่ไม่ชัดเจนอีกด้วย หนึ่งในนั้นนำไปสู่การอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า เป็นสิ่งสำคัญสำหรับเราที่ความสมมาตรภายในเดียวกันนี้ (เข้าใจในความหมายที่กว้างเท่านั้น นักฟิสิกส์ใช้คำว่า "ค่าไม่แปรผันของเกจ") อธิบายว่าทำไมโฟตอนจึงไม่มีมวล ในทางกลับกัน การขาดมวลในโฟตอนมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความจริงที่ว่าแสงมีโพลาไรเซชันเพียงสองประเภทเท่านั้น - ซ้ายและขวา

เพื่อชี้แจงความเชื่อมโยงระหว่างการมีอยู่ของโพลาไรเซชันของแสงเพียงสองประเภทกับการไม่มีมวลในโฟตอน ให้เราสรุปสักครู่จากการพูดถึงความสมมาตร และระลึกอีกครั้งว่าอนุภาคมูลฐานมีลักษณะเฉพาะด้วยการหมุน ครึ่งจำนวนเต็ม หรือจำนวนเต็ม ในหน่วยของค่าคงที่ของพลังค์ ћ เฟอร์มิออนเบื้องต้น (อนุภาคของการหมุนครึ่งจำนวนเต็ม) มีการหมุน 1/2 เหล่านี้คืออิเล็กตรอน e, อิเล็กตรอนนิวตริโน ν e, แอนะล็อกหนักของอิเล็กตรอน - muon μและ tau lepton τ, นิวตริโนของพวกมัน ν μ และ ν τ, ควาร์กหกประเภท u, d, c, s, t, b และปฏิปักษ์ที่สอดคล้องกับ ทั้งหมด (โพซิตรอน อี + , อิเล็กตรอนแอนตินิวตริโน ν̃ e, แอนติควาร์ก ũ ฯลฯ ) ควาร์ก U และ d เป็นแสง และพวกมันประกอบกันเป็นโปรตอน (องค์ประกอบควาร์ก uud) และนิวตรอน (udd) ควาร์กที่เหลือ (c, t, s, b) จะหนักกว่า พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของอนุภาคอายุสั้น เช่น K-มีซอน

โบซอนซึ่งเป็นอนุภาคของการหมุนทั้งหมดไม่เพียงแต่รวมถึงโฟตอนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแอนะล็อกที่อยู่ห่างไกลด้วย - กลูออน (สปิน 1) กลูออนมีหน้าที่รับผิดชอบปฏิกิริยาระหว่างควาร์กและจับพวกมันเป็นโปรตอน นิวตรอน และอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบอื่นๆ นอกจากนี้ยังมีอนุภาคสปิน-1 อีกสามอนุภาค - W +, W - โบซอนที่มีประจุไฟฟ้าและ Z-boson ที่เป็นกลางซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง ฮิกส์โบซอนดังที่ได้กล่าวไปแล้ว จะต้องมีการหมุนเป็นศูนย์ ตอนนี้เราได้แสดงรายการอนุภาคมูลฐานทั้งหมดที่พบในแบบจำลองมาตรฐานแล้ว

อนุภาคขนาดใหญ่ของการหมุน s (ในหน่วยของ ћ) มีสถานะ 2 วินาที + 1 โดยมีการฉายภาพการหมุนที่แตกต่างกันไปบนแกนที่กำหนด (การหมุนคือโมเมนตัมเชิงมุมภายใน - เวกเตอร์ ดังนั้นแนวคิดของการฉายภาพไปยังแกนที่กำหนดจึงมีความหมายตามปกติ) . ตัวอย่างเช่น การหมุนของอิเล็กตรอน (s = 1/2) ในเฟรมนิ่งสามารถกำหนดทิศทางได้ เช่น ขึ้น (s 3 = +1/2) หรือลง (s 3 = -1/2) Z โบซอนมีมวลไม่เป็นศูนย์และสปิน s = 1 ดังนั้นจึงมีสถานะ 3 สถานะที่มีการฉายภาพการหมุนที่แตกต่างกัน: s 3 = +1, 0 หรือ -1 สถานการณ์แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงเมื่อมีอนุภาคไร้มวล เนื่องจากพวกมันบินด้วยความเร็วแสง จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะเคลื่อนที่ไปยังระบบอ้างอิงที่ซึ่งอนุภาคดังกล่าวหยุดนิ่งอยู่ อย่างไรก็ตามเราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับความมหัศจรรย์ของมันได้ - การฉายภาพการหมุนไปสู่ทิศทางของการเคลื่อนไหว ดังนั้น แม้ว่าการหมุนของโฟตอนจะเท่ากับความสามัคคี แต่ก็มีการฉายภาพเช่นนี้เพียงสองแบบ - ในทิศทางของการเคลื่อนที่และตรงข้ามกับมัน นี่คือโพลาไรเซชันของแสงด้านขวาและด้านซ้าย (โฟตอน) สถานะที่สามที่มีการฉายภาพการหมุนเป็นศูนย์ ซึ่งจะต้องมีอยู่หากโฟตอนมีมวล ถูกห้ามโดยสมมาตรภายในเชิงลึกของพลศาสตร์ไฟฟ้า ซึ่งเป็นความสมมาตรที่นำไปสู่การอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า ดังนั้นความสมมาตรภายในนี้จึงห้ามไม่ให้มีมวลในโฟตอน!

มีบางอย่างผิดปกติ

อย่างไรก็ตาม สิ่งที่น่าสนใจสำหรับเราไม่ใช่โฟตอน แต่เป็น W ± - และ Z-โบซอน อนุภาคเหล่านี้ซึ่งค้นพบในปี 1983 ที่เครื่องชนกันของโปรตอน-แอนติโปรตอน Spp̃S ที่ CERN และนักทฤษฎีทำนายไว้นานแล้ว มีมวลค่อนข้างมาก W ± boson มีมวล 80 GeV (หนักกว่าโปรตอนประมาณ 80 เท่า) และ Z โบซอนมีมวล 91 GeV คุณสมบัติของ W ± - และ Z-bosons เป็นที่รู้จักกันดีสาเหตุหลักมาจากการทดลองที่เครื่องชนกันของอิเล็กตรอน-โพซิตรอน LEP (CERN) และ SLC (SLAC, USA) และเครื่องชนกันของโปรตอน-แอนติโปรตอน Tevatron (Fermilab, USA): ความแม่นยำของ การวัดปริมาณที่เกี่ยวข้องกับ W ± - และ Z-bosons ดีกว่า 0.1% แบบจำลองมาตรฐานอธิบายคุณสมบัติของพวกมันและอนุภาคอื่นๆ ได้อย่างสมบูรณ์แบบ นอกจากนี้ยังใช้กับอันตรกิริยาของ W ± - และ Z-โบซอนกับอิเล็กตรอน นิวตริโน ควาร์ก และอนุภาคอื่นๆ ปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวเรียกว่าอ่อนแอ มีการศึกษาอย่างละเอียด ตัวอย่างหนึ่งที่รู้จักกันมานานของการสำแดงของพวกเขาคือการสลายตัวของบีตาของมิวออน นิวตรอน และนิวเคลียส

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว W ± - และ Z-boson แต่ละตัวสามารถอยู่ในสถานะการหมุนได้สามสถานะ และไม่ใช่สองสถานะเหมือนโฟตอน อย่างไรก็ตาม พวกมันมีปฏิกิริยากับเฟอร์มิออน (นิวตริโน ควาร์ก อิเล็กตรอน ฯลฯ) โดยหลักการเช่นเดียวกับโฟตอน ตัวอย่างเช่น โฟตอนมีปฏิกิริยากับประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอนและกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากอิเล็กตรอนที่กำลังเคลื่อนที่ ในทำนองเดียวกัน Z-boson ทำปฏิกิริยากับประจุและกระแสไฟฟ้าของอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่งที่เกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ เฉพาะประจุและกระแสนี้เท่านั้นในธรรมชาติที่ไม่มีไฟฟ้า จนถึงคุณลักษณะที่สำคัญซึ่งจะกล่าวถึงในเร็วๆ นี้ การเปรียบเทียบจะเสร็จสมบูรณ์หากนอกเหนือจากประจุไฟฟ้าแล้ว อิเล็กตรอนยังได้รับการกำหนดให้มีประจุ Z ด้วย ทั้งควาร์กและนิวตริโนต่างก็มีประจุ Z ของตัวเอง

ความคล้ายคลึงกับไฟฟ้าไดนามิกส์ยังขยายออกไปอีก เช่นเดียวกับทฤษฎีโฟตอน ทฤษฎีของโบซอน W ± และ Z มีความสมมาตรภายในลึก ซึ่งใกล้เคียงกับที่นำไปสู่กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า ในการเปรียบเทียบกับโฟตอนอย่างสมบูรณ์ จะห้ามไม่ให้ W ± - และ Z-โบซอนมีโพลาไรเซชันที่สาม และดังนั้นจึงมีมวล นี่คือสาเหตุที่ความไม่สอดคล้องกันเกิดขึ้น: การห้ามสมมาตรต่อมวลของอนุภาคสปิน-1 ใช้ได้กับโฟตอน แต่ใช้ไม่ได้กับ W ± - และ Z-โบซอน!

นอกจากนี้. ปฏิกิริยาที่อ่อนแอของอิเล็กตรอน นิวตริโน ควาร์ก และอนุภาคอื่นๆ ที่มี W ± - และ Z-โบซอนเกิดขึ้นราวกับว่าเฟอร์มิออนเหล่านี้ไม่มีมวล! จำนวนโพลาไรเซชันไม่เกี่ยวข้องเลย ทั้งเฟอร์มิออนที่มีมวลมากและไม่มีมวลจะมีโพลาไรเซชันสองแบบ (ทิศทางการหมุน) ประเด็นก็คือว่าเฟอร์มิออนมีปฏิกิริยาอย่างไรกับโบซอน W ± และ Z

เพื่ออธิบายแก่นแท้ของปัญหา ขั้นแรกให้ปิดมวลของอิเล็กตรอน (ตามทฤษฎีอนุญาตให้ทำได้) และพิจารณาโลกในจินตนาการที่มวลของอิเล็กตรอนเป็นศูนย์ ในโลกเช่นนี้ อิเล็กตรอนบินด้วยความเร็วแสงและสามารถหมุนไปในทิศทางที่เคลื่อนที่หรือสวนทางกับมันได้ สำหรับโฟตอน ในกรณีแรก มันสมเหตุสมผลที่จะพูดถึงอิเล็กตรอนที่มีโพลาไรเซชันขวา หรือพูดสั้น ๆ เกี่ยวกับอิเล็กตรอนที่ถนัดขวา ในกรณีที่สอง - เกี่ยวกับอิเล็กตรอนที่ถนัดซ้าย

เนื่องจากเรารู้ดีว่าปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาแบบอ่อนทำงานอย่างไร (และมีเพียงอิเล็กตรอนเท่านั้นที่มีส่วนร่วม) เราจึงสามารถอธิบายคุณสมบัติของอิเล็กตรอนในโลกจินตนาการของเราได้ค่อนข้างมาก และพวกเขาก็เป็นเช่นนั้น

ประการแรก ในโลกนี้ อิเล็กตรอนด้านขวาและด้านซ้ายเป็นอนุภาคสองอนุภาคที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง อิเล็กตรอนด้านขวาจะไม่เปลี่ยนเป็นอนุภาคด้านซ้ายและในทางกลับกัน สิ่งนี้เป็นสิ่งต้องห้ามตามกฎหมายอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม (ในกรณีนี้คือการหมุน) และอันตรกิริยาของอิเล็กตรอนกับโฟตอนและ Z-boson จะไม่เปลี่ยนโพลาไรเซชันของมัน ประการที่สอง มีเพียงอิเล็กตรอนด้านซ้ายเท่านั้นที่สัมผัสกับปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนกับ W โบซอน และอิเล็กตรอนด้านขวาจะไม่มีส่วนร่วมเลย ลักษณะสำคัญประการที่สามที่เรากล่าวถึงก่อนหน้าในภาพนี้คือประจุ Z ของอิเล็กตรอนซ้ายและขวาแตกต่างกัน และอิเล็กตรอนด้านซ้ายมีปฏิกิริยากับ Z โบซอนแรงกว่าประจุด้านขวา มิวออน เทาเลปตัน และควาร์ก มีคุณสมบัติคล้ายกัน

เราเน้นย้ำว่าในโลกจินตนาการที่มีเฟอร์มิออนไร้มวล ไม่มีปัญหากับความจริงที่ว่าอิเล็กตรอนซ้ายและขวามีปฏิสัมพันธ์กับ W- และ Z-bosons แตกต่างกัน และโดยเฉพาะอย่างยิ่งว่าประจุ Z “ซ้าย” และ “ขวา” นั้นแตกต่างกัน . ในโลกนี้ อิเล็กตรอนซ้ายและขวาเป็นอนุภาคที่แตกต่างกัน และนั่นคือจุดสิ้นสุดของมัน ตัวอย่างเช่น เราไม่แปลกใจเลยที่อิเล็กตรอนและนิวตริโนมีประจุไฟฟ้าต่างกัน: -1 และ 0

เมื่อรวมมวลของอิเล็กตรอนเข้าด้วยกัน เราจะพบความขัดแย้งทันที อิเล็กตรอนเร็วซึ่งมีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง และหมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ มีลักษณะเกือบจะเหมือนกับอิเล็กตรอนด้านซ้ายจากโลกจินตนาการของเรา และควรมีปฏิสัมพันธ์ในลักษณะเดียวกันเกือบทั้งหมด หากอันตรกิริยาของมันสัมพันธ์กับประจุ Z ค่าของประจุ Z จะเป็น "ทางซ้าย" เช่นเดียวกับค่าของอิเล็กตรอนทางซ้ายจากโลกจินตนาการ อย่างไรก็ตาม ความเร็วของอิเล็กตรอนขนาดใหญ่ยังคงน้อยกว่าความเร็วแสง และคุณสามารถเปลี่ยนไปใช้ระบบอ้างอิงที่เคลื่อนที่เร็วยิ่งขึ้นได้เสมอ ในระบบใหม่ ทิศทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะกลับกัน แต่ทิศทางการหมุนจะยังคงเหมือนเดิม

การฉายภาพการหมุนไปยังทิศทางการเคลื่อนที่จะเป็นค่าบวก และอิเล็กตรอนดังกล่าวจะมีลักษณะเหมือนคนถนัดขวา ไม่ใช่คนถนัดซ้าย ดังนั้นประจุ Z ของมันควรจะเหมือนกับประจุของอิเล็กตรอนทางขวาจากโลกจินตนาการ แต่สิ่งนี้ไม่สามารถเป็นได้: มูลค่าของประจุไม่ควรขึ้นอยู่กับระบบอ้างอิง มีความขัดแย้ง. ให้เราเน้นย้ำว่าเรามาถึงจุดนั้นโดยถือว่าประจุ Z ยังคงอยู่ ไม่มีทางอื่นที่จะพูดถึงความสำคัญของอนุภาคที่กำหนดได้

ข้อขัดแย้งนี้แสดงให้เห็นว่าสมมาตรของแบบจำลองมาตรฐาน (เพื่อความแน่นอน เราจะพูดถึงมัน แม้ว่าทุกอย่างที่กล่าวมาจะนำไปใช้กับทฤษฎีเวอร์ชันอื่นก็ตาม) ควรห้ามไม่ให้มีมวลไม่เฉพาะใน W ± - และ Z-bosons เท่านั้น ยังอยู่ในเฟอร์มิออน แต่ความสมมาตรเกี่ยวอะไรกับมัน?

แม้ว่าควรนำไปสู่การอนุรักษ์ประจุ Z ก็ตาม ด้วยการวัดประจุ Z ของอิเล็กตรอน เราสามารถบอกได้อย่างแน่นอนว่าอิเล็กตรอนนั้นถนัดซ้ายหรือถนัดขวา และจะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อมวลของอิเล็กตรอนเป็นศูนย์เท่านั้น

ดังนั้น ในโลกที่ความสมมาตรทั้งหมดของแบบจำลองมาตรฐานจะถูกรับรู้ในลักษณะเดียวกับในไฟฟ้าไดนามิกส์ อนุภาคมูลฐานทั้งหมดจะมีมวลเป็นศูนย์ แต่ในโลกแห่งความเป็นจริง พวกมันมีมวล ซึ่งหมายความว่าบางสิ่งจะต้องเกิดขึ้นด้วยความสมมาตรของแบบจำลองมาตรฐาน

การทำลายความสมมาตร

เมื่อพูดถึงความเชื่อมโยงของความสมมาตรกับกฎหมายอนุรักษ์และข้อห้าม เรามองข้ามเหตุการณ์หนึ่งไป อยู่ในความจริงที่ว่ากฎหมายการอนุรักษ์และข้อห้ามด้านสมมาตรจะบรรลุผลก็ต่อเมื่อมีสมมาตรปรากฏอย่างชัดเจนเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ความสมมาตรก็สามารถแตกหักได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น ในตัวอย่างเหล็กที่เป็นเนื้อเดียวกันที่อุณหภูมิห้อง อาจมีสนามแม่เหล็กพุ่งไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ตัวอย่างนั้นก็เป็นแม่เหล็ก หากมีสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กจิ๋วอาศัยอยู่ภายในนั้น พวกเขาจะค้นพบว่าทุกทิศทางของอวกาศไม่เท่ากัน อิเล็กตรอนที่บินผ่านสนามแม่เหล็กจะได้รับผลกระทบจากแรงลอเรนซ์จากสนามแม่เหล็ก แต่อิเล็กตรอนที่บินไปตามสนามแม่เหล็กจะไม่ได้รับผลกระทบจากแรงดังกล่าว อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปตามสนามแม่เหล็กเป็นเส้นตรง ข้ามสนามเป็นวงกลม และในกรณีทั่วไปเป็นเกลียว ดังนั้น สนามแม่เหล็กภายในตัวอย่างจึงทำให้สมมาตรลดลงตามการหมุนในอวกาศ ในเรื่องนี้กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมภายในแม่เหล็กไม่พอใจ: เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นเกลียว การฉายภาพโมเมนตัมเชิงมุมบนแกนที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนไปตามเวลา

ที่นี่เรากำลังเผชิญกับการแตกหักของความสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง ในกรณีที่ไม่มีอิทธิพลจากภายนอก (เช่น สนามแม่เหล็กของโลก) ในตัวอย่างเหล็กที่แตกต่างกัน สนามแม่เหล็กสามารถถูกนำไปในทิศทางที่ต่างกันได้ และไม่มีทิศทางใดที่จะดีไปกว่าทิศทางอื่น ความสมมาตรดั้งเดิมในส่วนที่เกี่ยวกับการหมุนยังคงมีอยู่ และแสดงให้เห็นความจริงที่ว่าสนามแม่เหล็กในตัวอย่างสามารถมุ่งตรงไปที่ใดก็ได้ แต่เมื่อสนามแม่เหล็กเกิดขึ้น ทิศทางที่ต้องการก็ปรากฏขึ้น และความสมมาตรภายในแม่เหล็กก็หัก ในระดับที่เป็นทางการมากขึ้น สมการที่ควบคุมอันตรกิริยาของอะตอมเหล็กต่อกันและกับสนามแม่เหล็กจะสมมาตรเมื่อเทียบกับการหมุนในอวกาศ แต่สถานะของระบบของอะตอมเหล่านี้ (ตัวอย่างเหล็ก) จะไม่สมมาตร นี่คือปรากฏการณ์ของการทำลายสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง โปรดทราบว่าเรากำลังพูดถึงสถานะที่ได้เปรียบที่สุดซึ่งมีพลังงานน้อยที่สุด สถานะนี้เรียกว่าพื้นฐาน นี่คือจุดที่ตัวอย่างเหล็กจะจบลงในที่สุด แม้ว่าในตอนแรกจะไม่มีการดึงดูดแม่เหล็กก็ตาม

ดังนั้น การทำลายความสมมาตรบางส่วนโดยธรรมชาติเกิดขึ้นเมื่อสมการของทฤษฎีมีความสมมาตร แต่สถานะพื้นไม่สมมาตร ในกรณีนี้มีการใช้คำว่า "ธรรมชาติ" เนื่องจากระบบเองเลือกสถานะที่ไม่สมมาตรโดยไม่มีส่วนร่วมของเราเนื่องจากเป็นสถานะนี้ที่มีพลังมากที่สุด จากตัวอย่างข้างต้น เป็นที่ชัดเจนว่าหากความสมมาตรถูกทำลายโดยธรรมชาติ กฎหมายการอนุรักษ์และข้อห้ามที่เกิดขึ้นจะไม่ทำงาน ในตัวอย่างของเรา นี่หมายถึงการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม เราเน้นย้ำว่าความสมมาตรโดยสมบูรณ์ของทฤษฎีสามารถแตกหักได้เพียงบางส่วนเท่านั้น ในตัวอย่างของเรา จากความสมมาตรสมบูรณ์เมื่อเทียบกับการหมุนรอบทั้งหมดในอวกาศ ความสมมาตรที่เกี่ยวข้องกับการหมุนรอบทิศทางของสนามแม่เหล็กยังคงชัดเจนและไม่ขาดตอน

สิ่งมีชีวิตขนาดจิ๋วที่อาศัยอยู่ภายในแม่เหล็กอาจถามตัวเองว่า “ในโลกของเรา ทุกทิศทางไม่เท่ากัน โมเมนตัมเชิงมุมไม่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ แต่อวกาศไม่สมมาตรจริงๆ เมื่อเทียบกับการหมุนรอบตัวเองใช่หรือไม่” เมื่อศึกษาการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและสร้างทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง (ในกรณีนี้คือพลศาสตร์ไฟฟ้า) พวกเขาจะเข้าใจว่าคำตอบสำหรับคำถามนี้เป็นลบ: สมการของมันคือสมมาตร แต่ความสมมาตรนี้ถูกทำลายไปเองตามธรรมชาติเนื่องจากสนามแม่เหล็ก "แพร่กระจาย" ทุกที่ เมื่อพัฒนาทฤษฎีต่อไป พวกเขาจะคาดการณ์ว่าสนามที่ทำให้เกิดความสมมาตรที่เกิดขึ้นเองควรมีควอนตัมหรือโฟตอนเป็นของตัวเอง และเมื่อเราสร้างเครื่องเร่งอนุภาคขนาดเล็กภายในแม่เหล็ก เราก็ยินดีเป็นอย่างยิ่งที่เห็นว่าควอนตัมเหล่านี้มีอยู่จริง พวกมันเกิดจากการชนกันของอิเล็กตรอน!

โดยทั่วไป สถานการณ์ในฟิสิกส์อนุภาคจะคล้ายกับสถานการณ์ที่อธิบายไว้ แต่ก็มีความแตกต่างที่สำคัญเช่นกัน ประการแรก ไม่จำเป็นต้องพูดถึงตัวกลางใดๆ เช่น ตาข่ายคริสตัลของอะตอมเหล็ก โดยธรรมชาติแล้ว สภาวะที่มีพลังงานน้อยที่สุดคือสุญญากาศ (ตามคำนิยาม!) นี่ไม่ได้หมายความว่าในสุญญากาศ ซึ่งเป็นสถานะพื้นฐานของธรรมชาติ จะไม่มีสนาม "กระจาย" ที่สม่ำเสมอ คล้ายกับสนามแม่เหล็กในตัวอย่างของเรา ในทางตรงกันข้าม ความไม่สอดคล้องกันที่เราพูดถึงบ่งชี้ว่าความสมมาตรของแบบจำลองมาตรฐาน (อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นคือส่วนหนึ่ง) ควรจะถูกทำลายโดยธรรมชาติ และสิ่งนี้ถือว่ามีสนามแม่เหล็กบางประเภทในสุญญากาศที่รับประกันการละเมิดนี้ ประการที่สอง เราไม่ได้พูดถึงสมมาตรของกาลอวกาศดังตัวอย่างของเรา แต่พูดถึงสมมาตรภายใน ในทางกลับกัน สมมาตรของกาล-อวกาศไม่ควรแตกหักเนื่องจากมีสนามอยู่ในสุญญากาศ ข้อสรุปที่สำคัญต่อจากนี้: ต่างจากสนามแม่เหล็ก สนามนี้ไม่ควรเน้นทิศทางใด ๆ ในอวกาศ (แม่นยำยิ่งขึ้นในอวกาศ-เวลา เนื่องจากเรากำลังเผชิญกับฟิสิกส์เชิงสัมพันธ์) ฟิลด์ที่มีคุณสมบัตินี้เรียกว่าสเกลาร์ พวกมันสอดคล้องกับอนุภาคของการหมุน 0 ดังนั้นสนามที่ "กระจายออก" ในสุญญากาศและนำไปสู่การแตกหักแบบสมมาตรจะต้องไม่เป็นที่รู้จักและใหม่มาจนบัดนี้ อันที่จริง สนามที่รู้จักที่เรากล่าวถึงทั้งโดยชัดแจ้งหรือโดยปริยายข้างต้น ได้แก่ สนามแม่เหล็กไฟฟ้า สนามของ W ± - และ Z-โบซอน กลูออน - สอดคล้องกับอนุภาคของการหมุน 1 สนามดังกล่าวเน้นทิศทางในอวกาศ-เวลา และเรียกว่าเวกเตอร์ และเราต้องการสเกลาร์ภาคสนาม ฟิลด์ที่สอดคล้องกับเฟอร์มิออน (หมุน 1/2) ก็ไม่เหมาะสมเช่นกัน ประการที่สาม สนามใหม่ไม่ควรทำลายความสมมาตรของแบบจำลองมาตรฐานโดยสิ้นเชิง แต่ความสมมาตรภายในของพลศาสตร์ไฟฟ้าควรจะไม่ขาดตอน ในที่สุดและนี่คือสิ่งที่สำคัญที่สุดปฏิสัมพันธ์ของสนามใหม่ "กระจาย" ในสุญญากาศด้วย W ± - และ Z-bosons อิเล็กตรอนและเฟอร์มิออนอื่น ๆ ควรนำไปสู่การปรากฏตัวของมวลในอนุภาคเหล่านี้

กลไกในการสร้างมวลของอนุภาคสปิน-1 (โดยธรรมชาติคือ W ± - และ Z-โบซอน) เนื่องจากการทำลายสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง ถูกเสนอในบริบทของฟิสิกส์อนุภาคเบื้องต้นโดยนักทฤษฎีชาวบรัสเซลส์ Francois Englert และ Robert Brout ในปี 1964 และ ต่อมาเล็กน้อยโดยนักฟิสิกส์เอดินบะระ Peter Higgs .

นักวิจัยอาศัยแนวคิดเรื่องการทำลายสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง (แต่ในทฤษฎีที่ไม่มีสนามเวกเตอร์นั่นคือไม่มีการหมุน 1 อนุภาค) ซึ่งเปิดตัวในปี 2503-2504 ในผลงานของ J. Nambu ซึ่งร่วมกับ J. Jona -Lasinio, V. G. Vaks และ A. I. Larkin, J. Goldstone (Yoichiro Nambu ได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานชิ้นนี้ในปี 2008) ต่างจากผู้เขียนคนก่อนๆ เองเลอร์ เบราต์ และฮิกส์ถือเป็นทฤษฎี (ในขณะนั้นเป็นการเก็งกำไร) ซึ่งมีทั้งสเกลาร์ (สปิน 0) และสนามเวกเตอร์ (สปิน 1) ปรากฏอยู่ ทฤษฎีนี้มีความสมมาตรภายใน ซึ่งค่อนข้างคล้ายกับความสมมาตรของพลศาสตร์ไฟฟ้า ซึ่งนำไปสู่การอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า และการห้ามมวลโฟตอน แต่แตกต่างจากไฟฟ้าพลศาสตร์ตรงที่ความสมมาตรภายในถูกทำลายโดยสนามสเกลาร์สม่ำเสมอในสุญญากาศ ผลลัพธ์ที่น่าทึ่งของ Engler, Brout และ Higgs คือการสาธิตความจริงที่ว่าการละเมิดสมมาตรนี้ทำให้เกิดมวลในอนุภาคสปิน 1 โดยอัตโนมัติ ซึ่งเป็นควอนตัมของสนามเวกเตอร์!

การสรุปอย่างตรงไปตรงมาของกลไกเอนเกลอร์-เบราต์-ฮิกส์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการรวมไว้ในทฤษฎีเฟอร์มิออนและอันตรกิริยากับสนามสเกลาร์ที่ทำลายความสมมาตร นำไปสู่การปรากฏของมวลในเฟอร์มิออน ทุกอย่างเริ่มลงตัวแล้ว! โมเดลมาตรฐานได้มาเพื่อเป็นลักษณะทั่วไปเพิ่มเติม ตอนนี้มันไม่ได้มีเพียงสนามเดียว แต่มีสนามเวกเตอร์หลายสนาม - โฟตอน, W ± - และ Z-bosons (กลูออนเป็นเรื่องราวที่แยกจากกัน พวกมันไม่เกี่ยวข้องกับกลไก Engler-Brout-Higgs) และเฟอร์มิออนประเภทต่างๆ ขั้นตอนสุดท้ายนั้นค่อนข้างไม่สำคัญ Steven Weinberg, Sheldon Glashow และ Abdus Salam ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1979 จากการกำหนดทฤษฎีที่สมบูรณ์เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอและแม่เหล็กไฟฟ้า

ย้อนกลับไปในปี 1964 กัน เพื่อวิเคราะห์ทฤษฎีของพวกเขา เองเลอร์และเบราท์ใช้วิธีการที่ค่อนข้างซับซ้อนตามมาตรฐานปัจจุบัน นี่อาจเป็นเหตุผลว่าทำไมพวกเขาถึงไม่สังเกตว่า นอกจากอนุภาคสปิน-1 ขนาดใหญ่แล้ว ทฤษฎียังทำนายการมีอยู่ของอนุภาคอื่นด้วย ซึ่งก็คือโบซอนที่มีสปินเป็น 0 แต่ฮิกส์สังเกตเห็น และในปัจจุบัน อนุภาคไร้สปินตัวใหม่นี้มักเรียกว่าฮิกส์โบซอน . ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว คำศัพท์นี้ไม่ถูกต้องทั้งหมด คือเองเลอร์และเบราท์ที่เสนอให้ใช้สนามสเกลาร์เป็นครั้งแรกเพื่อทำลายความสมมาตรที่เกิดขึ้นเองและสร้างมวลของอนุภาคสปิน-1 เราเน้นย้ำว่าโบซอนชนิดใหม่ที่มีการหมุนเป็นศูนย์ทำหน้าที่เป็นควอนตัมของสนามสเกลาร์มากที่ทำลายความสมมาตร โดยไม่ต้องอธิบายคำศัพท์เพิ่มเติม และนี่คือเอกลักษณ์ของมัน

จำเป็นต้องมีการชี้แจงที่นี่ ขอย้ำอีกครั้งว่าหากไม่มีการแตกหักของสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง โบซอน W ± และ Z จะไม่มีมวล โบซอนทั้งสาม W + , W - , Z แต่ละตัวจะมีโพลาไรเซชันสองขั้วเหมือนโฟตอน โดยรวมแล้ว เมื่อพิจารณาว่าอนุภาคที่มีโพลาไรเซชันต่างกันไม่เท่ากัน เราก็จะมี W ± - และ Z-boson 2 × 3 = 6 ประเภท ในแบบจำลองมาตรฐาน โบซอน W ± และ Z มีขนาดใหญ่ แต่ละสถานะมีสถานะการหมุนสามสถานะ นั่นคือ โพลาไรซ์สามสถานะ รวมเป็นอนุภาค 3 × 3 = 9 ประเภท - ควอนต้าของสนาม W ±, Z คำถามเกิดขึ้นว่าปริมาณ "พิเศษ" ทั้งสามประเภทมาจากไหน? ความจริงก็คือ โมเดลมาตรฐานไม่จำเป็นต้องมีฟิลด์สเกลาร์ Engler-Brout-Higgs เพียงสี่ฟิลด์ ควอนตัมของหนึ่งในนั้นคือฮิกส์โบซอน และควอนต้าของอีกสามควอนตัมซึ่งเป็นผลมาจากการแตกของสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง กลายเป็นควอนตัม "พิเศษ" ทั้งสามที่มีอยู่ใน W ± - และ Z-bosons ขนาดใหญ่ พวกมันถูกค้นพบเมื่อนานมาแล้ว เนื่องจากเป็นที่ทราบกันดีว่า W ± - และ Z-bosons มีมวล: สถานะการหมุน "พิเศษ" สามสถานะของ W + -, W - และ Z-bosons เป็นอย่างที่มันเป็น

อย่างไรก็ตาม เลขคณิตนี้สอดคล้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าช่อง Engler-Brout-Higgs ทั้งสี่ช่องเป็นสเกลาร์ ควอนตัมของช่องเหล่านั้นมีการหมุนเป็นศูนย์ W ± - และ Z-bosons ที่ไม่มีมวลจะมีเส้นโครงการหมุนในทิศทางการเคลื่อนที่เท่ากับ -1 และ +1 สำหรับ W ± - และ Z-bosons ขนาดใหญ่ การฉายภาพเหล่านี้จะใช้ค่า -1, 0 และ +1 นั่นคือควอนตัม "พิเศษ" จะมีการฉายภาพเป็นศูนย์ ฟิลด์ Engler-Brout-Higgs สามฟิลด์ที่ได้รับควอนตัม "พิเศษ" เหล่านี้ยังมีการฉายภาพการหมุนเป็นศูนย์ไปยังทิศทางของการเคลื่อนที่เพียงเพราะเวกเตอร์การหมุนของพวกมันเป็นศูนย์ ทุกอย่างเข้ากัน

ดังนั้น ฮิกส์โบซอนจึงเป็นควอนตัมของหนึ่งในสี่ฟิลด์สเกลาร์ของเองเลอร์-เบราต์-ฮิกส์ในแบบจำลองมาตรฐาน อีกสามตัวถูกกินโดย (คำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์!) W ± - และ Z-bosons กลายเป็นสถานะการหมุนครั้งที่สามที่ขาดหายไป

โบซอนใหม่จำเป็นจริงหรือ?

สิ่งที่น่าทึ่งที่สุดในเรื่องนี้ก็คือ วันนี้เราเข้าใจแล้วว่า กลไกอิงเกลอร์-เบราท์-ฮิกส์ไม่ใช่กลไกเดียวที่เป็นไปได้ในการทำลายสมมาตรในฟิสิกส์ของโลกใบเล็ก และสร้างมวลของอนุภาคมูลฐาน และฮิกส์โบซอนอาจไม่ มีอยู่. ตัวอย่างเช่น ในฟิสิกส์ของสสารควบแน่น (ของเหลว ของแข็ง) มีตัวอย่างมากมายของการแตกหักแบบสมมาตรที่เกิดขึ้นเองและกลไกต่างๆ มากมายสำหรับการแตกสลายนี้ และในกรณีส่วนใหญ่ ไม่มีสิ่งใดที่เหมือนกับฮิกส์โบซอนอยู่ในนั้น

อะนาล็อกโซลิดสเตตที่ใกล้เคียงที่สุดของการแตกหักของสมมาตรที่เกิดขึ้นเองของแบบจำลองมาตรฐานในสุญญากาศ คือการแตกหักของสมมาตรภายในของอิเล็กโทรไดนามิกส์ที่เกิดขึ้นเองในความหนาของตัวนำยิ่งยวด มันนำไปสู่ความจริงที่ว่าโฟตอนในตัวนำยิ่งยวดในแง่หนึ่งมีมวล (เช่น W ± - และ Z-bosons ในสุญญากาศ) สิ่งนี้แสดงให้เห็นในเอฟเฟกต์ Meissner - การขับไล่สนามแม่เหล็กออกจากตัวนำยิ่งยวด โฟตอนที่ "ไม่ต้องการ" เจาะเข้าไปในตัวนำยิ่งยวดซึ่งมีมวลมากขึ้น: มัน "ยาก" สำหรับมันที่นั่น มันไม่เอื้ออำนวยต่อพลังงานที่มันอยู่ที่นั่น (โปรดจำไว้ว่า: E = mс 2) สนามแม่เหล็กซึ่งถือได้ว่าเป็นชุดของโฟตอนตามอัตภาพนั้นมีคุณสมบัติเหมือนกัน: มันไม่ทะลุผ่านตัวนำยิ่งยวด นี่คือเอฟเฟ็กต์ Meissner

ทฤษฎีตัวนำยิ่งยวดที่มีประสิทธิผลของ Ginzburg-Landau นั้นคล้ายคลึงกับทฤษฎี Engler-Brout-Higgs อย่างมาก (ตรงกันข้าม: ทฤษฎี Ginzburg-Landau มีอายุมากกว่า 14 ปี) นอกจากนี้ยังมีสนามสเกลาร์ซึ่งมี "การแพร่กระจาย" สม่ำเสมอทั่วทั้งตัวนำยิ่งยวดและนำไปสู่การแตกหักของสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่เพื่อสิ่งใดเลยที่ทฤษฎี Ginzburg-Landau ถูกเรียกว่ามีประสิทธิผล: มันจับพูดเป็นรูปเป็นร่างจากด้านนอกของปรากฏการณ์ แต่ยังไม่เพียงพออย่างสมบูรณ์สำหรับการทำความเข้าใจเหตุผลพื้นฐานด้วยกล้องจุลทรรศน์สำหรับการเกิดขึ้นของตัวนำยิ่งยวด ในความเป็นจริง ไม่มีสนามสเกลาร์ในตัวนำยิ่งยวด มันมีอิเล็กตรอนและโครงตาข่ายคริสตัล และความเป็นตัวนำยิ่งยวดนั้นเกิดจากคุณสมบัติพิเศษของสถานะพื้นของระบบอิเล็กตรอน ซึ่งเกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างพวกมัน (ดู "วิทยาศาสตร์และชีวิต" ” ฉบับที่ 2, 2004, บทความ “ " - เอ็ด).

ภาพที่คล้ายกันนี้อาจเกิดขึ้นในพิภพเล็ก ๆ ได้หรือไม่? ปรากฎว่าไม่มีสนามสเกลาร์พื้นฐาน "กระจาย" ในสุญญากาศ และการทำลายความสมมาตรที่เกิดขึ้นเองนั้นเกิดจากเหตุผลที่ต่างกันโดยสิ้นเชิงหรือไม่ หากเราให้เหตุผลตามหลักทฤษฎีอย่างหมดจดและไม่ใส่ใจกับข้อเท็จจริงเชิงทดลอง คำตอบสำหรับคำถามนี้ก็ถือเป็นการยืนยัน ตัวอย่างที่ดีคือสิ่งที่เรียกว่าแบบจำลองเทคนิคคัลเลอร์ ซึ่งเสนอในปี 1979 โดย Steven Weinberg และ - โดยอิสระ - Leonard Susskind

มันไม่มีสนามสเกลาร์พื้นฐานหรือฮิกส์โบซอน แต่มีอนุภาคมูลฐานใหม่จำนวนมากที่มีลักษณะคล้ายควาร์กในคุณสมบัติของพวกมันแทน ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสิ่งเหล่านี้นำไปสู่การทำลายความสมมาตรและการสร้างมวลของ W ± - และ Z-bosons โดยธรรมชาติ ด้วยมวลของเฟอร์มิออนที่รู้จัก เช่น อิเล็กตรอน สถานการณ์จะแย่ลง แต่ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้ด้วยการทำให้ทฤษฎีซับซ้อนขึ้น

ผู้อ่านที่เอาใจใส่อาจถามคำถาม: “แล้วข้อโต้แย้งในบทที่แล้วซึ่งบอกว่าสนามสเกลาร์ควรทำลายความสมมาตรล่ะ?” ช่องโหว่ตรงนี้ก็คือสนามสเกลาร์นี้สามารถประกอบเข้าด้วยกันได้ ในแง่ที่ว่าอนุภาคควอนตัมที่สอดคล้องกันนั้นไม่ใช่อนุภาคมูลฐาน แต่ประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานอื่นๆ ที่ "แท้จริง"

ขอให้เรานึกถึงความสัมพันธ์ความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กกลควอนตัมในเรื่องนี้ Δх ×Δр ≥ ћ โดยที่ Δх และ Δр คือความไม่แน่นอนของพิกัดและโมเมนตัม ตามลำดับ หนึ่งในสิ่งที่แสดงให้เห็นก็คือ โครงสร้างของวัตถุประกอบที่มีขนาดภายในที่เป็นลักษณะเฉพาะ Δx จะปรากฏในกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคที่มีโมเมนตัมสูงเพียงพอ р ≥ћ/Δх เท่านั้น และด้วยเหตุนี้จึงมีพลังงานสูงเพียงพอ เป็นการเหมาะสมที่จะระลึกถึงรัทเทอร์ฟอร์ดซึ่งโจมตีอะตอมด้วยอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงในขณะนั้น และด้วยเหตุนี้จึงพบว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอน การดูอะตอมผ่านกล้องจุลทรรศน์ แม้จะใช้ทัศนศาสตร์ที่ทันสมัยที่สุด (นั่นคือการใช้แสง - โฟตอนพลังงานต่ำ) ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะค้นพบว่าอะตอมประกอบด้วยองค์ประกอบและไม่ใช่อนุภาคระดับประถมศึกษา: มีความละเอียดไม่เพียงพอ

ดังนั้น เมื่อมีพลังงานต่ำ อนุภาคของสารประกอบจึงดูเหมือนเป็นอนุภาคมูลฐาน ในการอธิบายอนุภาคดังกล่าวด้วยพลังงานต่ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ อนุภาคเหล่านี้ถือได้ว่าเป็นควอนตัมในบางสาขา หากการหมุนของอนุภาคประกอบเป็นศูนย์ สนามนี้จะเป็นสเกลาร์

สถานการณ์ที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นจริง เช่น ในฟิสิกส์ของ π-มีซอน อนุภาคที่มีการหมุน 0 จนถึงกลางทศวรรษ 1960 ไม่มีใครรู้ว่าพวกมันประกอบด้วยควาร์กและแอนติควาร์ก (องค์ประกอบของควาร์ก π + -, π - - และ π 0 -มีซอน - เหล่านี้คือ ud̃, dũ และการรวมกันของ uũ และ dd̃ ตามลำดับ)

จากนั้น π-มีซอนก็ถูกอธิบายโดยสนามสเกลาร์เบื้องต้น ตอนนี้เรารู้แล้วว่าอนุภาคเหล่านี้เป็นองค์ประกอบประกอบกัน แต่ทฤษฎีสนาม "เก่า" ของ π มีซอน ยังคงใช้ได้เนื่องจากพิจารณากระบวนการที่พลังงานต่ำ โครงสร้างควาร์กของพวกมันเริ่มปรากฏให้เห็นเมื่อมีพลังงานตั้งแต่ 1 GeV ขึ้นไป และทฤษฎีก็หยุดทำงาน ระดับพลังงาน 1 GeV ไม่ได้ปรากฏที่นี่โดยบังเอิญ นี่คือระดับของปฏิกิริยารุนแรงที่ยึดควาร์กเป็น π-มีซอน โปรตอน นิวตรอน ฯลฯ นี่คือขนาดของมวลของอนุภาคที่มีปฏิกิริยารุนแรง เช่น โปรตอน. โปรดทราบว่า π-มีซอนนั้นแยกจากกัน: ด้วยเหตุผลที่เราจะไม่พูดถึงในที่นี้ พวกมันจึงมีมวลน้อยกว่ามาก: m π± = 140 MeV, m π0 = 135 MeV

ดังนั้น โดยหลักการแล้ว สนามสเกลาร์ที่รับผิดชอบต่อการทำลายสมมาตรที่เกิดขึ้นเองสามารถนำมาประกอบกันได้ นี่เป็นสถานการณ์ที่แนะนำโดยโมเดลเทคนิคคัลเลอร์อย่างชัดเจน ในกรณีนี้ ควอนตาที่ไม่มีการหมุนสามตัวซึ่งถูกกินโดย W ± - และ Z-bosons และกลายเป็นสถานะการหมุนที่หายไป มีความคล้ายคลึงกันอย่างใกล้ชิดกับ π + -, π - - และ π 0 -มีซอน ระดับพลังงานที่สอดคล้องกันเท่านั้นที่จะไม่ใช่ 1 GeV อีกต่อไป แต่มีหลาย TeV ในภาพดังกล่าวคาดว่าจะมีการมีอยู่ของอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบใหม่จำนวนมาก - แอนะล็อกของโปรตอน, นิวตรอน ฯลฯ — มีฝูงลำดับ TeV หลายอัน ในทางตรงกันข้าม ฮิกส์โบซอนที่ค่อนข้างเบาหายไป คุณลักษณะอีกประการหนึ่งของแบบจำลองนี้คือโบซอน W ± และ Z ในนั้นเป็นอนุภาคประกอบบางส่วน เนื่องจากดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว ส่วนประกอบบางอย่างของพวกมันคล้ายกับ π มีซอน สิ่งนี้ควรปรากฏชัดในอันตรกิริยาของโบซอน W ± และ Z

สถานการณ์หลังนี้เองที่ทำให้แบบจำลองเทคนิคคัลเลอร์ (อย่างน้อยก็ในสูตรดั้งเดิม) ถูกปฏิเสธมานานก่อนการค้นพบโบซอนใหม่: การวัดที่แม่นยำของคุณสมบัติของโบซอน W ± และ Z ที่ LEP และ SLC ไม่เห็นด้วยกับ การคาดการณ์ของแบบจำลอง

ทฤษฎีที่สวยงามนี้ถูกบดขยี้ด้วยข้อเท็จจริงเชิงทดลองที่ดื้อรั้น และการค้นพบฮิกส์โบซอนก็ทำให้ทฤษฎีนี้สิ้นสุดลง อย่างไรก็ตาม สำหรับฉัน สำหรับนักทฤษฎีคนอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง แนวคิดเกี่ยวกับสนามสเกลาร์แบบคอมโพสิตนั้นน่าสนใจมากกว่าทฤษฎี Engler-Brout-Higgs ที่มีสนามสเกลาร์เบื้องต้น แน่นอนว่าหลังจากการค้นพบโบซอนตัวใหม่ที่ CERN แนวคิดเรื่องคอมโพสิตพบว่าตัวเองอยู่ในตำแหน่งที่ยากลำบากยิ่งกว่าเดิม: หากอนุภาคนี้ประกอบเข้าด้วยกัน ก็ควรจะเลียนแบบฮิกส์โบซอนเบื้องต้นได้สำเร็จ อย่างไรก็ตาม เรามารอดูกันว่าการทดลองใดที่ LHC จะแสดงการวัดคุณสมบัติของโบซอนใหม่ได้แม่นยำยิ่งขึ้นก่อนอื่น

ได้มีการค้นพบแล้ว อะไรต่อไป?

ให้เรากลับไปสู่ทฤษฎีเวอร์ชันขั้นต่ำสุดซึ่งก็คือแบบจำลองมาตรฐานที่มีฮิกส์โบซอนเบื้องต้นหนึ่งตัว ตามสมมติฐานที่ใช้ได้ เนื่องจากในทฤษฎีนี้ สนามเองเลอร์-เบราต์-ฮิกส์ (หรือแม่นยำกว่านั้นคือสนาม) ที่ให้มวลแก่อนุภาคมูลฐานทั้งหมด ปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคแต่ละอนุภาคกับฮิกส์โบซอนจึงได้รับการแก้ไขอย่างเคร่งครัด ยิ่งมวลของอนุภาคมากเท่าใด ปฏิสัมพันธ์ก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น ยิ่งปฏิสัมพันธ์รุนแรงเท่าไร ฮิกส์โบซอนก็จะมีโอกาสสลายตัวเป็นอนุภาคคู่ตามประเภทที่กำหนดมากขึ้นเท่านั้น การสลายตัวของฮิกส์โบซอนเป็นคู่ของอนุภาคจริง tt̃ , ZZ และ W+W- เป็นสิ่งต้องห้ามตามกฎหมายอนุรักษ์พลังงาน มันต้องการให้ผลรวมของมวลของผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวน้อยกว่ามวลของอนุภาคที่สลายตัว (อีกครั้ง จำ E = mc 2) และสำหรับเรา จำ m n µ 125 GeV, m t = 173 GeV, m z = 91 GeV และ mw = 80 GeV มวลที่ใหญ่ที่สุดลำดับถัดไปคือ b ควาร์กที่มี m b = 4 GeV และนั่นคือสาเหตุที่ฮิกส์โบซอนสลายตัวเป็นคู่ bb̃ อย่างที่เราบอกไป สิ่งที่น่าสนใจอีกอย่างคือการสลายตัวของฮิกส์โบซอนเป็นคู่ของ τ-leptons H → τ + τ - (m τ = 1.8 GeV) ที่ค่อนข้างหนักคู่หนึ่ง ซึ่งเกิดขึ้นด้วยความน่าจะเป็น 6% การสลายตัว H → μ + μ - (m µ = 106 MeV) ควรเกิดขึ้นโดยมีความน่าจะเป็นที่น้อยลงแต่ยังคงไม่หายไปที่ 0.02% นอกจากการสลายตัวที่กล่าวถึงข้างต้นแล้ว H → γγ; H → 4ลิตร และ H → 2ë2ν เราสังเกตการสลายตัวของ H → Zγ ความน่าจะเป็นที่ควรจะเป็น 0.15% ความน่าจะเป็นทั้งหมดนี้สามารถวัดได้ที่ LHC และการเบี่ยงเบนใดๆ จากการคาดการณ์เหล่านี้จะหมายความว่าสมมติฐานการทำงานของเรา ซึ่งเป็นแบบจำลองมาตรฐาน ไม่ถูกต้อง ในทางกลับกัน การตกลงกับการคาดการณ์ของแบบจำลองมาตรฐานจะโน้มน้าวให้เรามั่นใจในความถูกต้องของมันมากขึ้นเรื่อยๆ

สิ่งเดียวกันอาจกล่าวได้เกี่ยวกับการสร้างฮิกส์โบซอนในการชนของโปรตอน ฮิกส์โบซอนสามารถผลิตได้โดยลำพังจากอันตรกิริยาของกลูออนสองตัวร่วมกับควาร์กแสงพลังงานสูงคู่หนึ่ง ร่วมกับโบซอน W หรือ Z เดี่ยว หรือสุดท้ายรวมกันด้วยคู่ tt̃ อนุภาคที่ผลิตร่วมกับฮิกส์โบซอนสามารถตรวจจับและระบุได้ ดังนั้นจึงสามารถศึกษากลไกการผลิตที่แตกต่างกันแยกกันได้ที่ LHC ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะดึงข้อมูลเกี่ยวกับอันตรกิริยาของฮิกส์โบซอนกับ W ± -, Z-โบซอน และที-ควาร์ก

สุดท้าย คุณสมบัติที่สำคัญของฮิกส์โบซอนก็คือการมีปฏิสัมพันธ์กับตัวมันเอง มันควรจะปรากฏตัวในกระบวนการ Н* → НН โดยที่ Н* คืออนุภาคเสมือน คุณสมบัติของปฏิสัมพันธ์นี้ได้รับการทำนายอย่างชัดเจนโดยแบบจำลองมาตรฐาน อย่างไรก็ตามการศึกษาเป็นเรื่องของอนาคตอันไกลโพ้น

ดังนั้น LHC จึงมีโปรแกรมมากมายเพื่อศึกษาอันตรกิริยาของโบซอนใหม่ ผลจากการนำไปปฏิบัติ จะมีความชัดเจนว่าแบบจำลองมาตรฐานอธิบายธรรมชาติได้ไม่มากก็น้อย หรือเรากำลังเผชิญกับทฤษฎีอื่นๆ ที่ซับซ้อนกว่า (และอาจง่ายกว่า) ความก้าวหน้าเพิ่มเติมนั้นสัมพันธ์กับความแม่นยำในการวัดที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก มันจะต้องมีการสร้างเครื่องเร่งอิเล็กตรอน-โพซิตรอนใหม่ - e + e - collider พร้อมพลังงานบันทึกสำหรับเครื่องจักรประเภทนี้ อาจเป็นได้ว่ามีเรื่องประหลาดใจมากมายรอเราอยู่ตลอดเส้นทางนี้

แทนที่จะเป็นบทสรุป: เพื่อค้นหา "ฟิสิกส์ใหม่"

จากมุมมอง "ทางเทคนิค" โมเดลมาตรฐานมีความสอดคล้องกันภายใน นั่นคือภายในกรอบการทำงานที่เป็นไปได้ - อย่างน้อยในหลักการและตามกฎแล้วในทางปฏิบัติ - ในการคำนวณปริมาณทางกายภาพใด ๆ (แน่นอนเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ที่ตั้งใจจะอธิบาย) และผลลัพธ์จะไม่มี ความไม่แน่นอน อย่างไรก็ตาม นักทฤษฎีหลายคน แม้จะไม่ใช่ทั้งหมด พิจารณาสถานการณ์ในแบบจำลองมาตรฐาน กล่าวอย่างสุภาพว่าไม่น่าพอใจเลย และนี่คือสาเหตุหลักมาจากระดับพลังงานของมัน

ดังที่ชัดเจนจากก่อนหน้านี้ สเกลพลังงานของแบบจำลองมาตรฐานอยู่ในลำดับ M cm = 100 GeV (เราไม่ได้พูดถึงปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงกับสเกล 1 GeV ในที่นี้ ทุกอย่างจะง่ายกว่าด้วย) นี่คือมาตราส่วนมวลของโบซอน W ± และ Z และฮิกส์โบซอน มันมากหรือน้อย? จากมุมมองการทดลอง - ค่อนข้างมาก แต่จากมุมมองทางทฤษฎี...

ในวิชาฟิสิกส์มีระดับพลังงานอีกระดับหนึ่ง มันเกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงและเท่ากับมวลพลังค์ M pl = 10 19 GeV ที่พลังงานต่ำ ปฏิกิริยาระหว่างแรงโน้มถ่วงระหว่างอนุภาคนั้นไม่มีนัยสำคัญ แต่จะเพิ่มขึ้นตามพลังงานที่เพิ่มขึ้น และที่พลังงานในลำดับ M pl แรงโน้มถ่วงจะแข็งแกร่ง พลังงานที่อยู่เหนือ M pl คือขอบเขตของแรงโน้มถ่วงควอนตัม ไม่ว่าจะเป็นอะไรก็ตาม เป็นสิ่งสำคัญสำหรับเราที่แรงโน้มถ่วงอาจเป็นปฏิสัมพันธ์พื้นฐานที่สุด และระดับความโน้มถ่วง M pl ก็เป็นระดับพลังงานพื้นฐานที่สุด เหตุใด Standard Model scale Mcm = 100 GeV จึงห่างไกลจาก Mpl = 1,019 GeV

ปัญหาที่ระบุมีอีกแง่มุมที่ละเอียดอ่อนกว่า มีความเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของสุญญากาศทางกายภาพ ในทฤษฎีควอนตัม สุญญากาศซึ่งเป็นสถานะพื้นฐานของธรรมชาติ มีโครงสร้างที่ไม่สำคัญมาก อนุภาคเสมือนถูกสร้างขึ้นและทำลายอยู่ตลอดเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความผันผวนของสนามเกิดขึ้นและหายไป เราไม่สามารถสังเกตกระบวนการเหล่านี้ได้โดยตรง แต่ส่งผลต่อคุณสมบัติที่สังเกตได้ของอนุภาคมูลฐาน อะตอม ฯลฯ ตัวอย่างเช่น ปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนในอะตอมกับอิเล็กตรอนเสมือนและโฟตอนทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ในสเปกตรัมอะตอม - การเปลี่ยนแปลงของแลมบ์ อีกตัวอย่างหนึ่ง: การแก้ไขโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนหรือมิวออน (โมเมนต์แม่เหล็กผิดปกติ) ก็เกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคเสมือนเช่นกัน ผลกระทบเหล่านี้และผลกระทบที่คล้ายกันได้รับการคำนวณและวัดผล (ในกรณีเหล่านี้มีความแม่นยำมาก!) เพื่อให้เรามั่นใจได้ว่าเรามีภาพสูญญากาศทางกายภาพที่ถูกต้อง

ในภาพนี้ พารามิเตอร์ทั้งหมดที่รวมอยู่ในทฤษฎีในตอนแรกได้รับการแก้ไข เรียกว่าค่าการแผ่รังสี เนื่องจากมีอันตรกิริยากับอนุภาคเสมือน ในพลศาสตร์ไฟฟ้าควอนตัมมีขนาดเล็ก แต่ในภาค Engler-Brout-Higgs มีขนาดใหญ่มาก นี่คือลักษณะเฉพาะของฟิลด์สเกลาร์เบื้องต้นที่ประกอบเป็นเซกเตอร์นี้ ฟิลด์อื่นไม่มีคุณสมบัตินี้ ผลกระทบหลักที่นี่คือการแก้ไขการแผ่รังสีมีแนวโน้มที่จะ "ดึง" ระดับพลังงานของรุ่นมาตรฐาน M cm ไปทางระดับความโน้มถ่วง M pl หากเรายังคงอยู่ในแบบจำลองมาตรฐาน ทางออกเดียวคือเลือกพารามิเตอร์เริ่มต้นของทฤษฎี เพื่อว่าเมื่อรวมกับการแก้ไขการแผ่รังสีแล้ว พวกมันจะนำไปสู่ค่าที่ถูกต้องของ M ซม. อย่างไรก็ตาม ปรากฎว่าความแม่นยำของ ความพอดีควรอยู่ใกล้กับ M ซม. 2 /M pl 2 = 10 -34 ! นี่เป็นประเด็นที่สองของปัญหาระดับพลังงานของแบบจำลองมาตรฐาน: ดูเหมือนว่าไม่น่าจะเป็นไปได้ที่ความพอดีดังกล่าวจะเกิดขึ้นตามธรรมชาติ

นักทฤษฎีหลายคน (แม้ว่าเราจะกล่าวซ้ำ ไม่ใช่ทั้งหมด) เชื่อว่าปัญหานี้บ่งชี้อย่างชัดเจนถึงความจำเป็นที่ต้องก้าวไปไกลกว่าแบบจำลองมาตรฐาน อันที่จริง หากโมเดลมาตรฐานหยุดทำงานหรือขยายตัวอย่างมีนัยสำคัญในระดับพลังงานของ "ฟิสิกส์ใหม่ - NF" M nf ดังนั้นความแม่นยำที่ต้องการในการปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสมจะอยู่ที่ประมาณ M 2 cm / M 2 nf แต่ในความเป็นจริงแล้ว มันน้อยกว่าประมาณสองลำดับความสำคัญ หากเราสมมติว่าไม่มีการปรับพารามิเตอร์อย่างละเอียด ขนาดของ "ฟิสิกส์ใหม่" ควรอยู่ในช่วง 1-2 TeV นั่นคือในภูมิภาคที่สามารถเข้าถึงได้สำหรับการวิจัยที่ Large Hadron Collider!

“ฟิสิกส์ใหม่” จะเป็นอย่างไร? ไม่มีความสามัคคีในหมู่นักทฤษฎีในเรื่องนี้ ความเป็นไปได้ประการหนึ่งคือลักษณะประกอบของสนามสเกลาร์ที่ทำให้เกิดการแตกหักของสมมาตรที่เกิดขึ้นเองตามที่ได้กล่าวถึงไปแล้ว ความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งที่ได้รับความนิยม (จนถึงตอนนี้?) ก็คือสมมาตรยิ่งยวด ซึ่งเราจะบอกว่ามันทำนายอนุภาคใหม่ทั้งหมดที่มีมวลในช่วงหลายร้อย GeV - หลาย TeV มีการพูดคุยถึงตัวเลือกที่แปลกใหม่มากเช่นมิติเพิ่มเติมของอวกาศ (ตัวอย่างเช่นที่เรียกว่าทฤษฎี M - ดู "วิทยาศาสตร์และชีวิต" หมายเลข 2, 3, 1997, บทความ "Superstrings: ระหว่างทางสู่ทฤษฎี ของทุกสิ่ง” - เอ็ด .)

แม้จะมีความพยายามอย่างเต็มที่ แต่ก็ยังไม่ได้รับข้อบ่งชี้ทางการทดลองของ "ฟิสิกส์ใหม่" อันที่จริงสิ่งนี้เริ่มก่อให้เกิดความกังวลแล้ว: เราเข้าใจทุกอย่างถูกต้องหรือไม่? อย่างไรก็ตาม มีความเป็นไปได้ค่อนข้างมากที่เรายังไม่ถึง "ฟิสิกส์ใหม่" ในแง่ของพลังงานและปริมาณข้อมูลที่รวบรวมได้ และการค้นพบเชิงปฏิวัติครั้งใหม่จะเกี่ยวข้องกับมัน ความหวังหลักที่นี่ถูกวางไว้บน Large Hadron Collider อีกครั้ง ซึ่งในอีกหนึ่งปีครึ่งจะเริ่มทำงานด้วยพลังงานเต็มที่ 13-14 TeV และรวบรวมข้อมูลอย่างรวดเร็ว ติดตามข่าว!

เครื่องวัดและการค้นพบที่แม่นยำ

ฟิสิกส์ของอนุภาค ซึ่งศึกษาวัตถุที่เล็กที่สุดในธรรมชาติ จำเป็นต้องมีศูนย์วิจัยขนาดยักษ์ที่อนุภาคเหล่านี้มีความเร่ง ชนกัน และสลายตัว ผู้ที่ทรงพลังที่สุดคือผู้ชนกัน

คอลไลเดอร์เป็นตัวเร่งที่มีลำแสงอนุภาคชนกัน โดยที่อนุภาคชนกันโดยตรง เช่น อิเล็กตรอนและโพซิตรอนใน e + e - colliders จนถึงขณะนี้ โปรตอน-แอนติโปรตอน โปรตอน-โปรตอน อิเล็กตรอน-โปรตอน และนิวเคลียส-นิวเคลียส (หรือไอออนหนัก) ได้ถูกสร้างขึ้นเช่นกัน ความเป็นไปได้อื่นๆ เช่น μ + μ - - คอลไลเดอร์ ยังคงถูกกล่าวถึงอยู่ ตัวชนหลักสำหรับฟิสิกส์ของอนุภาค ได้แก่ โปรตอน-แอนติโปรตอน โปรตอน-โปรตอน และอิเล็กตรอน-โพซิตรอน

เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ (LHC)- โปรตอน-โปรตอน จะเร่งลำแสงโปรตอนสองลำให้ลำแสงโปรตอนพุ่งเข้าหาอีกลำหนึ่ง (สามารถใช้เป็นเครื่องชนไอออนหนักได้ด้วย) พลังงานการออกแบบของโปรตอนในแต่ละลำคือ 7 TeV ดังนั้นพลังงานการชนทั้งหมดคือ 14 TeV ในปี พ.ศ. 2554 เครื่องชนกันใช้พลังงานเพียงครึ่งหนึ่ง และในปี พ.ศ. 2555 ใช้พลังงานเต็มที่ 8 TeV เครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่เป็นวงแหวนยาว 27 กม. ซึ่งโปรตอนถูกเร่งโดยสนามไฟฟ้าและมีสนามที่สร้างโดยแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด การชนของโปรตอนเกิดขึ้นที่สี่ตำแหน่งซึ่งมีเครื่องตรวจจับอยู่เพื่อบันทึกอนุภาคที่เกิดจากการชน ATLAS และ CMS ได้รับการออกแบบมาเพื่อการวิจัยฟิสิกส์อนุภาคพลังงานสูง LHC-b ใช้สำหรับศึกษาอนุภาคที่มีบีควาร์ก และ ALICE ใช้สำหรับศึกษาสสารควาร์ก-กลูออนที่ร้อนและหนาแน่น

สปป.ส- เครื่องชนโปรตอน-แอนติโปรตอนที่ CERN ความยาววงแหวนคือ 6.9 กม. พลังงานการชนสูงสุดคือ 630 GeV ทำงานตั้งแต่ปี 1981 ถึง 1990

เลป- เครื่องชนกันวงแหวนอิเล็กตรอน-โพซิตรอนที่มีพลังงานการชนกันสูงสุด 209 GeV ซึ่งอยู่ในอุโมงค์เดียวกับ LHC ทำงานตั้งแต่ปี 1989 ถึง 2000

สแอลซี— ตัวชนกันของอิเล็กตรอน-โพสิตรอนเชิงเส้น ที่ SLAC สหรัฐอเมริกา พลังงานการชน 91 GeV (มวล Z-โบซอน) ทำงานตั้งแต่ปี 1989 ถึง 1998

เทวาตรอนเป็นเครื่องชนกันของโปรตอน-แอนติโปรตอนแบบวงแหวน ในเมืองเฟอร์มิแล็บ สหรัฐอเมริกา ความยาวของวงแหวนคือ 6 กม. พลังงานการชนสูงสุดคือ 2 TeV ทำงานตั้งแต่ปี 1987 ถึง 2011

เมื่อเปรียบเทียบโปรตอน-โปรตอนและโปรตอน-แอนติโปรตอนกับตัวชนอิเล็กตรอน-โพซิตรอน คุณต้องจำไว้ว่าโปรตอนนั้นเป็นอนุภาคประกอบกัน ซึ่งประกอบไปด้วยควาร์กและกลูออน ควาร์กและกลูออนแต่ละตัวมีพลังงานเพียงเศษเสี้ยวของโปรตอนเท่านั้น ดังนั้น ในเครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่ พลังงานของการชนเบื้องต้น (ระหว่างสองควาร์ก ระหว่างสองกลูออน หรือควาร์กที่มีกลูออน) จะต่ำกว่าพลังงานทั้งหมดของโปรตอนที่ชนกันอย่างเห็นได้ชัด (14 TeV ที่พารามิเตอร์การออกแบบ) . ด้วยเหตุนี้ช่วงพลังงานที่มีสำหรับการศึกษาจึงถึง "เท่านั้น" 2-4 TeV ขึ้นอยู่กับกระบวนการที่กำลังศึกษา ตัวชนกันของอิเล็กตรอน-โพซิตรอนไม่มีคุณสมบัติดังกล่าว: อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคมูลฐานและไม่มีโครงสร้าง

ข้อดีของการชนกันของโปรตอน-โปรตอน (และโปรตอน-แอนติโปรตอน) ก็คือ เมื่อพิจารณาถึงคุณลักษณะนี้แล้ว ในทางเทคนิคแล้ว ก็จะได้พลังงานจากการชนกันสูงกว่าการชนกันของอิเล็กตรอน-โพซิตรอนในทางเทคนิคได้ง่ายกว่า นอกจากนี้ยังมีลบ เนื่องจากโครงสร้างคอมโพสิตของโปรตอน และเนื่องจากควาร์กและกลูออนมีปฏิกิริยาต่อกันแรงกว่าอิเล็กตรอนและโพซิตรอนมาก เหตุการณ์อีกมากมายจึงเกิดขึ้นในการชนของโปรตอนซึ่งไม่น่าสนใจจากมุมมองของการค้นหาฮิกส์โบซอน หรืออนุภาคและปรากฏการณ์ใหม่อื่นๆ เหตุการณ์ที่น่าสนใจดู "สกปรก" มากกว่าในการชนของโปรตอน ทั้งหมดนี้ทำให้เกิด "เสียงรบกวน" ซึ่งทำให้แยกสัญญาณที่เป็นประโยชน์ได้ยากกว่าที่เครื่องชนกันของอิเล็กตรอน-โพซิตรอน ดังนั้นความแม่นยำในการวัดจึงต่ำกว่า ด้วยเหตุนี้ เครื่องชนกันของโปรตอน-โปรตอน (และโปรตอน-แอนติโปรตอน) จึงถูกเรียกว่าเครื่องค้นพบ และเครื่องชนกันของอิเล็กตรอน-โพซิตรอนจึงถูกเรียกว่าเครื่องวัดที่มีความแม่นยำ

ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน(ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน) σ x - คุณลักษณะของการเบี่ยงเบนแบบสุ่มของค่าที่วัดได้จากค่าเฉลี่ย ความน่าจะเป็นที่ค่าที่วัดได้ของ X จะสุ่มแตกต่างกัน 5σ x จากค่าจริงคือเพียง 0.00006% นี่คือเหตุผลว่าทำไมในฟิสิกส์ของอนุภาค การเบี่ยงเบนของสัญญาณจากพื้นหลัง 5σ จึงถือว่าเพียงพอที่จะรับรู้สัญญาณว่าเป็นจริง

อนุภาคที่ระบุไว้ในแบบจำลองมาตรฐาน ยกเว้นโปรตอน อิเล็กตรอน นิวตริโน และปฏิปักษ์ของพวกมันนั้นไม่เสถียร และสลายตัวไปเป็นอนุภาคอื่น อย่างไรก็ตาม นิวตริโนสองในสามประเภทก็ควรจะไม่เสถียรเช่นกัน แต่อายุการใช้งานของพวกมันนั้นยาวนานมาก ในฟิสิกส์ของโลกใบเล็กมีหลักการอยู่ว่าทุกสิ่งสามารถเกิดขึ้นได้จริง ดังนั้นความเสถียรของอนุภาคจึงสัมพันธ์กับกฎการอนุรักษ์บางประเภท อิเล็กตรอนและโพซิตรอนถูกห้ามไม่ให้สลายตามกฎการอนุรักษ์ประจุ นิวตริโนที่เบาที่สุด (หมุน 1/2) จะไม่สลายตัวเนื่องจากการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม การสลายตัวของโปรตอนเป็นสิ่งต้องห้ามตามกฎการอนุรักษ์ "ประจุ" อื่นซึ่งเรียกว่าเลขแบริออน (ตามคำนิยามแล้ว จำนวนแบริออนของโปรตอนคือ 1 และจำนวนอนุภาคที่เบากว่าเป็นศูนย์)

ความสมมาตรภายในอีกประการหนึ่งสัมพันธ์กับเลขแบริออน ไม่ว่าจะเป็นความแม่นยำหรือโดยประมาณ ไม่ว่าโปรตอนจะเสถียรหรือมีขอบเขต แม้ว่าจะมีอายุการใช้งานยาวนานก็ตาม ก็ต้องแยกอภิปรายแยกกัน

ควาร์ก- อนุภาคมูลฐานประเภทหนึ่ง ในสถานะอิสระจะไม่มีการสังเกตพวกมัน แต่จะเชื่อมโยงถึงกันเสมอและก่อตัวเป็นอนุภาคประกอบ - ฮาดรอน ข้อยกเว้นประการเดียวคือที-ควาร์ก ซึ่งจะสลายตัวก่อนที่จะมีเวลารวมเข้ากับควาร์กหรือแอนติควาร์กอื่นๆ ให้เป็นฮาดรอน แฮดรอน ได้แก่ โปรตอน นิวตรอน π-มีซอน K-มีสัน เป็นต้น

บีควาร์กเป็นหนึ่งในหกประเภทของควาร์ก ซึ่งมีมวลเป็นอันดับสองรองจากทีควาร์ก

มิวออนเป็นอะนาล็อกหนักที่ไม่เสถียรของอิเล็กตรอนที่มีมวล m μ = 106 MeV อายุการใช้งานของมิวออน T μ = 2·10 -6 วินาทีนั้นนานพอที่จะให้มันบินผ่านเครื่องตรวจจับทั้งหมดได้โดยไม่สลายตัว

อนุภาคเสมือนแตกต่างจากของจริงตรงที่ว่าสำหรับอนุภาคจริงความสัมพันธ์เชิงสัมพัทธภาพตามปกติระหว่างพลังงานกับโมเมนตัม E 2 = p 2 s 2 + m 2 s 4 พอใจ แต่สำหรับอนุภาคเสมือนนั้นไม่พอใจ สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากความสัมพันธ์เชิงกลของควอนตัม ΔE·Δt ~ ħ ระหว่างความไม่แน่นอนของพลังงาน ΔE และระยะเวลาของกระบวนการ Δt ดังนั้น อนุภาคเสมือนจะสลายตัวหรือทำลายล้างร่วมกับอนุภาคอื่นแทบจะในทันที (อายุการใช้งาน Δt สั้นมาก) ในขณะที่อนุภาคจริงมีอายุยืนยาวกว่าอย่างเห็นได้ชัดหรือโดยทั่วไปมีเสถียรภาพ

การเปลี่ยนแปลงระดับแกะ- การเบี่ยงเบนเล็กน้อยของโครงสร้างละเอียดของระดับอะตอมไฮโดรเจนและอะตอมคล้ายไฮโดรเจนภายใต้อิทธิพลของการปล่อยและการดูดซับโฟตอนเสมือนหรือการสร้างและทำลายล้างคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอนเสมือนจริง ผลกระทบนี้ถูกค้นพบในปี 1947 โดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน W. Lamb และ R. Rutherford

พูดง่ายๆ ก็คือ ฮิกส์โบซอนเป็นอนุภาคที่แพงที่สุดตลอดกาล ตัวอย่างเช่น หากต้องใช้หลอดสุญญากาศและผู้มีจิตใจที่เฉียบแหลม การค้นหาฮิกส์โบซอนจำเป็นต้องสร้างพลังงานทดลองที่หาได้ยากบนโลก เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ไม่จำเป็นต้องมีการแนะนำ เนื่องจากเป็นหนึ่งในการทดลองทางวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงและประสบความสำเร็จมากที่สุด แต่อนุภาคของมันถูกปกคลุมไปด้วยความลึกลับเหมือนเมื่อก่อนสำหรับประชากรส่วนใหญ่ มันถูกเรียกว่าอนุภาคพระเจ้า แต่ด้วยความพยายามของนักวิทยาศาสตร์หลายพันคน เราจึงไม่จำเป็นต้องมองข้ามการดำรงอยู่ของมันอีกต่อไป

อันสุดท้ายไม่รู้.

มันคืออะไรและความสำคัญของการค้นพบนี้คืออะไร? เหตุใดจึงกลายเป็นประเด็นที่มีการกล่าวเกินจริง การให้ทุนสนับสนุน และข้อมูลที่ผิดมากมาย? ด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรก มันเป็นอนุภาคสุดท้ายที่ยังไม่ได้ค้นพบซึ่งจำเป็นต่อการยืนยันแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ การค้นพบนี้หมายความว่าสิ่งพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์ทั้งรุ่นไม่ได้ไร้ประโยชน์ ประการที่สอง โบซอนนี้ทำให้อนุภาคอื่นมีมวล ซึ่งให้ความหมายพิเศษและเป็น "เวทมนตร์" บางอย่าง เรามักจะคิดว่ามวลเป็นคุณสมบัติที่แท้จริงของสิ่งต่างๆ แต่นักฟิสิกส์กลับคิดแตกต่างออกไป กล่าวง่ายๆ ก็คือ ฮิกส์โบซอนเป็นอนุภาคที่ไม่มีมวลโดยพื้นฐานแล้ว

อีกหนึ่งสนาม

เหตุผลอยู่ในสิ่งที่เรียกว่าสนามฮิกส์ มีการอธิบายไว้ก่อนหน้าฮิกส์โบซอนเนื่องจากนักฟิสิกส์คำนวณตามความต้องการของทฤษฎีและการสังเกตของตนเองซึ่งจำเป็นต้องมีสนามใหม่ซึ่งการกระทำนั้นจะขยายไปสู่จักรวาลทั้งหมด การเสริมสมมติฐานด้วยการประดิษฐ์ส่วนใหม่ของจักรวาลเป็นสิ่งที่อันตราย ตัวอย่างเช่น ในอดีตสิ่งนี้นำไปสู่การสร้างทฤษฎีอีเทอร์ แต่ยิ่งมีการคำนวณทางคณิตศาสตร์มากเท่าไร นักฟิสิกส์ก็ยิ่งตระหนักว่าสนามฮิกส์ต้องมีอยู่จริงในความเป็นจริง ปัญหาเดียวก็คือการขาดความเป็นไปได้ในทางปฏิบัติในการสังเกตมัน

ในแบบจำลองมาตรฐาน นักฟิสิกส์ได้รับมวลผ่านกลไกที่ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของสนามฮิกส์ที่แทรกซึมอยู่ในอวกาศทั้งหมด มันสร้างฮิกส์โบซอนซึ่งต้องการพลังงานจำนวนมาก และนี่คือเหตุผลหลักว่าทำไมนักวิทยาศาสตร์จึงต้องการเครื่องเร่งอนุภาคสมัยใหม่เพื่อทำการทดลองพลังงานสูง

มวลมาจากไหน?

ความแรงของปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบอ่อนจะลดลงอย่างรวดเร็วตามระยะทางที่เพิ่มขึ้น ตามทฤษฎีสนามควอนตัม หมายความว่าอนุภาคที่เกี่ยวข้องกับการสร้างโบซอน W และ Z จะต้องมีมวล ไม่เหมือนกลูออนและโฟตอนซึ่งไม่มีมวล

ปัญหาคือทฤษฎีเกจเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบที่ไม่มีมวลเท่านั้น ถ้าเกจโบซอนมีมวล ก็ไม่สามารถกำหนดสมมติฐานดังกล่าวได้อย่างสมเหตุสมผล กลไกฮิกส์หลีกเลี่ยงปัญหานี้ด้วยการแนะนำฟิลด์ใหม่ที่เรียกว่าฟิลด์ฮิกส์ ที่พลังงานสูง เกจโบซอนจะไม่มีมวล และสมมติฐานก็เป็นไปตามที่คาดไว้ ที่พลังงานต่ำ สนามจะทำให้เกิดการแตกหักแบบสมมาตร ซึ่งทำให้องค์ประกอบต่างๆ มีมวลได้

ฮิกส์โบซอนคืออะไร?

สนามฮิกส์ผลิตอนุภาคที่เรียกว่าฮิกส์โบซอน ทฤษฎีไม่ได้ระบุมวลของมัน แต่จากการทดลองพบว่ามีค่าเท่ากับ 125 GeV กล่าวง่ายๆ ก็คือ การมีอยู่ของฮิกส์โบซอนในที่สุดก็ยืนยันแบบจำลองมาตรฐานได้

กลไก สนาม และโบซอนตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวสก็อตแลนด์ ปีเตอร์ ฮิกส์ แม้ว่าเขาจะไม่ใช่คนแรกที่เสนอแนวความคิดเหล่านี้ แต่เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งในวิชาฟิสิกส์ เขากลับกลายเป็นคนที่ถูกตั้งชื่อตามนั้น

การทำลายความสมมาตร

เชื่อกันว่าสนามฮิกส์มีส่วนรับผิดชอบต่อความจริงที่ว่าอนุภาคที่ไม่ควรมีมวลมีมวล นี่เป็นสื่อสากลที่ให้อนุภาคไม่มีมวลซึ่งมีมวลต่างกัน การละเมิดความสมมาตรนี้อธิบายได้โดยการเปรียบเทียบกับแสง ความยาวคลื่นทั้งหมดเคลื่อนที่ในสุญญากาศด้วยความเร็วเท่ากัน แต่ในปริซึม แต่ละความยาวคลื่นสามารถแยกออกได้ แน่นอนว่านี่เป็นการเปรียบเทียบที่ไม่ถูกต้อง เนื่องจากแสงสีขาวมีความยาวคลื่นทั้งหมด แต่ตัวอย่างแสดงให้เห็นว่าสนามฮิกส์สร้างมวลเนื่องจากการแตกหักแบบสมมาตรได้อย่างไร ปริซึมทำลายสมมาตรความเร็วของความยาวคลื่นต่างๆ ของแสงด้วยการแยกพวกมันออก และเชื่อกันว่าสนามฮิกส์จะทำลายสมมาตรมวลของอนุภาคบางชนิดที่ไม่มีมวลสมมาตร

จะอธิบายฮิกส์โบซอนด้วยคำศัพท์ง่ายๆ ได้อย่างไร? เมื่อไม่นานมานี้ นักฟิสิกส์ได้ตระหนักว่าหากสนามฮิกส์มีอยู่จริง การกระทำของมันจะต้องมีพาหะที่เหมาะสมและมีคุณสมบัติที่ทำให้สามารถสังเกตได้ สันนิษฐานว่าอนุภาคนี้เป็นของโบซอน ฮิกส์โบซอนกล่าวง่ายๆ ก็คือสิ่งที่เรียกว่าแรงพาหะ เช่นเดียวกับโฟตอนซึ่งเป็นพาหะของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในจักรวาล โฟตอนเป็นแรงกระตุ้นในท้องถิ่น เช่นเดียวกับที่ฮิกส์โบซอนเป็นแรงกระตุ้นเฉพาะที่ในสนามของมัน การพิสูจน์การมีอยู่ของอนุภาคที่มีคุณสมบัติตามที่นักฟิสิกส์คาดหวังนั้น แท้จริงแล้วเทียบเท่ากับการพิสูจน์โดยตรงของการมีอยู่ของสนามแม่เหล็ก

การทดลอง

การวางแผนหลายปีทำให้เครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่ (LHC) กลายเป็นการทดลองที่เพียงพอที่จะพิสูจน์หักล้างทฤษฎีฮิกส์โบซอนได้ วงแหวนแม่เหล็กไฟฟ้าพลังพิเศษยาว 27 กม. สามารถเร่งอนุภาคที่มีประจุให้เป็นเศษส่วนที่มีนัยสำคัญ ทำให้เกิดการชนกันด้วยแรงเพียงพอที่จะแยกพวกมันออกเป็นส่วนประกอบต่างๆ และทำให้ช่องว่างรอบจุดที่กระแทกเสียรูป ตามการคำนวณ เมื่อพลังงานการชนกันในระดับสูงเพียงพอ โบซอนสามารถถูกประจุจนสลายตัวและสังเกตได้ พลังงานนี้ยิ่งใหญ่มากจนบางคนถึงกับตื่นตระหนกและทำนายวันสิ้นโลกได้ และจินตนาการของคนอื่นๆ ก็รุนแรงมากจนการค้นพบฮิกส์โบซอนถูกมองว่าเป็นโอกาสในการมองเข้าไปในมิติอื่น

การยืนยันครั้งสุดท้าย

การสังเกตการณ์เบื้องต้นดูเหมือนจะหักล้างการคาดการณ์ดังกล่าว และไม่พบร่องรอยของอนุภาคดังกล่าว นักวิจัยบางคนที่เกี่ยวข้องกับการรณรงค์ใช้เงินหลายพันล้านดอลลาร์ถึงกับปรากฏตัวทางโทรทัศน์และระบุอย่างสุภาพว่าการพิสูจน์ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์มีความสำคัญพอ ๆ กับการยืนยันทฤษฎีนั้น อย่างไรก็ตาม หลังจากนั้นระยะหนึ่ง การวัดก็เริ่มรวมเข้ากับภาพรวม และในวันที่ 14 มีนาคม พ.ศ. 2556 CERN ได้ประกาศยืนยันการมีอยู่ของอนุภาคอย่างเป็นทางการ มีหลักฐานที่บ่งชี้ว่ามีโบซอนหลายตัว แต่แนวคิดนี้จำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติม

สองปีหลังจากที่ CERN ประกาศการค้นพบอนุภาค นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานที่ Large Hadron Collider ก็สามารถยืนยันได้ ในด้านหนึ่ง นี่เป็นชัยชนะครั้งใหญ่สำหรับวิทยาศาสตร์ แต่ในทางกลับกัน นักวิทยาศาสตร์หลายคนรู้สึกผิดหวัง หากใครก็ตามหวังว่าฮิกส์โบซอนจะเป็นอนุภาคที่จะนำไปสู่บริเวณที่แปลกประหลาดและมหัศจรรย์นอกเหนือจากแบบจำลองมาตรฐาน เช่น สมมาตรยิ่งยวด สสารมืด พลังงานมืด โชคไม่ดีที่กลับกลายเป็นว่าไม่เป็นเช่นนั้น

การศึกษาที่ตีพิมพ์ใน Nature Physics ยืนยันการสลายตัวของเฟอร์มิออน ทำนายว่า พูดง่ายๆ ก็คือ ฮิกส์โบซอนเป็นอนุภาคที่ให้มวลเฟอร์มิออน ในที่สุดเครื่องตรวจจับ CMS ของเครื่องชนกันก็ยืนยันการสลายตัวของพวกมันเป็นเฟอร์มิออน - ดาวน์ควาร์กและเทาเลปตอน

Higgs boson พูดง่ายๆ: มันคืออะไร?

การศึกษาครั้งนี้ยืนยันได้อย่างแน่ชัดว่านี่คือฮิกส์โบซอนที่ทำนายโดยแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค ตั้งอยู่ในพื้นที่มวล-พลังงาน 125 GeV ไม่มีการหมุนและสามารถสลายตัวเป็นธาตุที่เบากว่าได้มากมาย เช่น คู่โฟตอน เฟอร์มิออน ฯลฯ ด้วยเหตุนี้ เราจึงพูดได้อย่างมั่นใจว่าฮิกส์โบซอนพูดง่ายๆ เป็นอนุภาคที่ให้มวลแก่ทุกสิ่ง

พฤติกรรมมาตรฐานขององค์ประกอบที่เพิ่งค้นพบนั้นน่าผิดหวัง หากการสลายตัวของมันแตกต่างออกไปเล็กน้อย มันก็จะเกี่ยวข้องกับเฟอร์มิออนแตกต่างออกไป และแนวการวิจัยใหม่ๆ ก็จะเกิดขึ้น ในทางกลับกัน นี่หมายความว่าเราไม่ได้ก้าวไปไกลกว่าแบบจำลองมาตรฐานเลยแม้แต่ก้าวเดียว ซึ่งไม่ได้คำนึงถึงแรงโน้มถ่วง พลังงานมืด สสารมืด และปรากฏการณ์แปลกประหลาดอื่นๆ ของความเป็นจริง

ตอนนี้เราเดาได้แค่ว่าอะไรเป็นสาเหตุของพวกเขา ทฤษฎีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือสมมาตรยิ่งยวด ซึ่งระบุว่าอนุภาคแบบจำลองมาตรฐานทุกอนุภาคมีซุปเปอร์พาร์ทเนอร์ที่มีน้ำหนักมากอย่างไม่น่าเชื่อ (ซึ่งคิดเป็น 23% ของจักรวาล - สสารมืด) การอัพเกรดคอลไลเดอร์เพื่อเพิ่มพลังงานการชนเป็นสองเท่าเป็น 13 TeV อาจทำให้สามารถตรวจจับอนุภาคยิ่งยวดเหล่านี้ได้ มิฉะนั้น สมมาตรยิ่งยวดจะต้องรอการสร้างผู้สืบทอดที่ทรงพลังกว่าของ LHC

แนวโน้มในอนาคต

แล้วฟิสิกส์จะเป็นอย่างไรหลังจากฮิกส์โบซอน? LHC เพิ่งเปิดใหม่เมื่อเร็วๆ นี้พร้อมการปรับปรุงครั้งใหญ่ และสามารถมองเห็นทุกสิ่งตั้งแต่ปฏิสสารไปจนถึงพลังงานมืด เชื่อกันว่ามีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งปกติผ่านแรงโน้มถ่วงและผ่านการสร้างมวลเท่านั้น และความสำคัญของฮิกส์โบซอนเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร ข้อบกพร่องหลักของแบบจำลองมาตรฐานคือ ไม่สามารถอธิบายแรงโน้มถ่วงได้ แบบจำลองดังกล่าวอาจเรียกว่าทฤษฎีรวมใหญ่ และบางคนเชื่อว่าอนุภาคและสนามฮิกส์อาจเป็นสะพานเชื่อมที่นักฟิสิกส์พยายามอย่างยิ่งที่จะค้นพบ

การมีอยู่ของฮิกส์โบซอนได้รับการยืนยันแล้ว แต่ความเข้าใจที่สมบูรณ์ของมันยังอยู่อีกไกลมาก การทดลองในอนาคตจะหักล้างสมมาตรยิ่งยวดและแนวคิดเรื่องการสลายตัวของมันให้เป็นสสารมืดหรือไม่? หรือพวกเขาจะยืนยันทุกรายละเอียดสุดท้ายของการคาดการณ์ของแบบจำลองมาตรฐานเกี่ยวกับคุณสมบัติของฮิกส์โบซอนและการวิจัยด้านนี้จะเสร็จสิ้นตลอดไปหรือไม่?