ฮิกส์โบซอน
ฮิกส์โบซอน

ฮิกส์โบซอน

2 W โบซอน (สังเกต)
2 กลูออน (คาดการณ์)
เทา-คู่ปฏิเทา (คาดการณ์)
2 Z-โบซอน (สังเกต)
2 โฟตอน (สังเกต)
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)ที่ควบคุมปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน, พวกมันควรจะไม่มีมวล การมีอยู่ของสนามฮิกส์จะแก้ปัญหาที่มีมานานหลายอย่างอีกด้วย เช่นเหตุผลสำหรับอันตรกิริยาอย่างอ่อนที่มีช่วงระยะทำการสั้นมาก ๆถึงแม้ว่าจะมีการตั้งสมมติฐานว่าสนามฮิกส์แทรกซึมอยู่ในจักรวาลทั้งมวล 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) และควาร์กเนื่องจากอนุภาคฮิกส์มีมวลมากแต่สลายตัวแทบจะทันทีที่ก่อกำเนิดขึ้นมา 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 2506เลออน เลเดอร์แมน นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลชาวอเมริกัน ตั้งชื่ออนุภาคฮิกส์ว่า "อนุภาคพระเจ้า" (God particle)[28] แต่นักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงหลายคนไม่เห็นด้วยและไม่ชอบชื่อนี้[29]

ฮิกส์โบซอน

ทฤษฎีโดย R. Brout, F. Englert, P. Higgs, G. S. Guralnik, C. R. Hagen, and T. W. B. Kibble (1964)
ค้นพบโดย เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ (2011-2013)
สัญญลักษณ์ H0
อายุเฉลี่ย 1.56×10−22 s[Note 2] (คาดการณ์)
ประจุไฟฟ้า 0 e
ส่วนประกอบ อนุภาคมูลฐาน
สถิติ (อนุภาค) Bosonic
มวล 125.09±0.21 (stat.)±0.11 (syst.) GeV/c2 (CMS+ATLAS)[4]
สถานะ ฮิกส์โบซอนด้วยมวล ≈125 GeV ได้รับการยืนยันอย่างไม่เป็นทางการโดย CERN ในวันที่ 14 มีนาคม 2013[1][2][3] ถึงแม้ว่ามันยังไม่ชัดเจนว่าเป็นโมเดลไหนที่อนุภาคสนับสนุนดีที่สุดหรือฮิกส์โบซอนแบบกลุ่มมีตัวตนหรือไม่[2]
(ดู: สถานะปัจจุบัน)
สปิน 0 (ยืนยันไม่เป็นทางการที่ 125 GeV)[1]
ประจุสี 0
Parity +1 (ยืนยันไม่เป็นทางการที่ 125 GeV)[1]
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)

แหล่งที่มา

WikiPedia: ฮิกส์โบซอน http://www.atlas.ch/news/2012/latest-results-from-... http://cds.cern.ch/record/1494477?ln=en http://cms.web.cern.ch/news/about-higgs-boson http://cms.web.cern.ch/news/observation-new-partic... http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/03/new-... http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Relea... http://www.cnn.com/2009/TECH/11/11/lhc.large.hadro... http://latino.foxnews.com/latino/lifestyle/2012/07... http://www.huffingtonpost.com/2013/03/14/higgs-bos... http://news.nationalpost.com/2011/12/14/the-higgs-...