อนุภาคชนกัน
นักวิทยาศาสตร์ประกาศในวันนี้ (13 ธันวาคม) ว่าพวกเขากำลังปิดตัวลงใน Higgs Boson ที่เข้าใจยากซึ่งเป็นอนุภาค subatomic ที่คาดการณ์ไว้ แต่ไม่เคยตรวจพบ ตอนนี้นักวิจัยที่เครื่องเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลกตัวเร่งขนาดใหญ่ Hadron Collider ในเจนีวาสวิตเซอร์แลนด์กล่าวว่าพวกเขาได้ จำกัด ช่วงมวลของฮิกส์และแม้แต่เห็นคำแนะนำเบื้องต้นว่ามันอาจมีอยู่
หากนักฟิสิกส์สามารถตรวจจับ Higgs Boson ได้อย่างแน่นอนและกำหนดมวลการค้นพบจะมีผลกระทบอย่างกว้างขวาง นี่คือห้าของที่ยิ่งใหญ่ที่สุด
ต้นกำเนิดของมวล
Higgs Boson เป็นกุญแจสำคัญในการแก้ไขความลึกลับของต้นกำเนิดของมวล ที่Higgs Bosonเกี่ยวข้องกับสนามที่เรียกว่าฟิลด์ Higgs ซึ่งเป็นทฤษฎีที่จะแพร่กระจายจักรวาล ในขณะที่อนุภาคอื่น ๆ เดินทางแม้ว่าสนามนี้พวกเขาจะได้รับมวลมากเท่าที่นักว่ายน้ำเคลื่อนที่ผ่านสระน้ำเปียกความคิดก็เกิดขึ้น
“ กลไก Higgs เป็นสิ่งที่ช่วยให้เราเข้าใจว่าอนุภาคได้รับมวลได้อย่างไร” Joao Guimaraes da Costa นักฟิสิกส์ของ Harvard University ซึ่งเป็นรุ่นมาตรฐานที่ Atlasexperiment ของ LHC กล่าว "หากไม่มีกลไกดังกล่าวทุกอย่างจะไม่มีมวล"
หากนักฟิสิกส์ยืนยันว่า Higgs Boson มีอยู่การค้นพบจะยืนยันว่ากลไก Higgs สำหรับอนุภาคที่จะได้รับมวลนั้นถูกต้อง และอาจเสนอเบาะแสต่อความลึกลับต่อไปลงมาซึ่งเป็นสาเหตุที่อนุภาคแต่ละตัวมีมวลที่พวกเขาทำ
“ นั่นอาจเป็นส่วนหนึ่งของทฤษฎีที่มีขนาดใหญ่กว่ามาก” ลิซ่าแรนดัลล์นักฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดกล่าว“ การรู้ว่าฮิกส์โบซอนคืออะไรเป็นขั้นตอนแรกของการรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งที่ทฤษฎีนั้นเชื่อมต่อกัน”
รุ่นมาตรฐาน
ที่รุ่นมาตรฐานเป็นทฤษฎีการครองราชย์ของฟิสิกส์อนุภาคที่อธิบายถึงองค์ประกอบที่เล็กมากของจักรวาล
ทุกอนุภาคที่คาดการณ์โดยแบบจำลองมาตรฐานได้รับการค้นพบ - ยกเว้นหนึ่ง: Higgs boson
“ มันเป็นชิ้นส่วนที่ขาดหายไปในรูปแบบมาตรฐาน” โจนัสสแตรนด์เบิร์กนักวิจัยของ CERN ทำงานในการทดลอง Atlas กล่าว "ดังนั้นมันจะเป็นการยืนยันอย่างแน่นอนว่าทฤษฎีที่เรามีตอนนี้ถูกต้องถ้าเราไม่ [ค้นหาฮิกส์] หมายความว่าเราได้ตั้งสมมติฐานบางอย่างที่ผิดและเราต้องกลับไปที่กระดานวาดภาพ"
ในขณะที่การค้นพบ Higgs Boson จะทำให้โมเดลมาตรฐานเสร็จสมบูรณ์และเติมเต็มการคาดการณ์ในปัจจุบันทั้งหมดโมเดลมาตรฐานนั้นไม่คิดว่าจะเสร็จสมบูรณ์ มันไม่ได้ครอบคลุมแรงโน้มถ่วง (อย่านับว่าการจับลูกบอลบินนั้น) ตัวอย่างเช่นและออกจากสสารมืดที่คิดว่าจะคิดเป็น 98 เปอร์เซ็นต์ของทุกเรื่องในจักรวาล
“ แบบจำลองมาตรฐานอธิบายสิ่งที่เราวัดได้ แต่เรารู้ว่ามันไม่มีแรงโน้มถ่วงในนั้นมันไม่มีสสารมืด” วิลเลียมเมอร์เรย์นักฟิสิกส์เซิร์นกล่าวว่า Higgs อาวุโสที่ Atlasand นักฟิสิกส์ของสภาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของสหราชอาณาจักรกล่าว
แรงไฟฟ้า
ค้นพบ Higgs Bosonจะช่วยอธิบายว่ากองกำลังพื้นฐานสองประการของจักรวาล - แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ควบคุมการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคที่มีประจุและแรงอ่อนแอที่รับผิดชอบการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีสามารถรวมเป็นหนึ่งได้
ทุกแรงในธรรมชาตินั้นเกี่ยวข้องกับอนุภาค อนุภาคที่ผูกติดอยู่กับแม่เหล็กไฟฟ้าคือโฟตอนซึ่งเป็นอนุภาคขนาดเล็กที่ไม่มีมวล แรงที่อ่อนแอนั้นเกี่ยวข้องกับอนุภาคที่เรียกว่า W และ Z bosons ซึ่งมีขนาดใหญ่มาก
กลไกฮิกส์คิดว่าจะต้องรับผิดชอบเรื่องนี้
“ ถ้าคุณแนะนำสนาม Higgs, W และ Z bosons ผสมกับสนามและจากการผสมนี้พวกเขาได้รับมวล” Strandberg กล่าว“ สิ่งนี้อธิบายว่าทำไม bosons W และ Z มีมวลและรวมกองกำลังแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงอ่อนแอลงในแรงไฟฟ้า”
ค้นพบ Higgs Bosonจะช่วยอธิบายว่ากองกำลังพื้นฐานสองประการของจักรวาล - แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ควบคุมการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคที่มีประจุและแรงอ่อนแอที่รับผิดชอบการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีสามารถรวมเป็นหนึ่งได้
ทุกแรงในธรรมชาตินั้นเกี่ยวข้องกับอนุภาค อนุภาคที่ผูกติดอยู่กับแม่เหล็กไฟฟ้าคือโฟตอนซึ่งเป็นอนุภาคขนาดเล็กที่ไม่มีมวล แรงที่อ่อนแอนั้นเกี่ยวข้องกับอนุภาคที่เรียกว่า W และ Z bosons ซึ่งมีขนาดใหญ่มาก
กลไกฮิกส์คิดว่าจะต้องรับผิดชอบเรื่องนี้
“ ถ้าคุณแนะนำสนามฮิกส์ W และ Z bosons ผสมกับสนามและผ่านการผสมนี้พวกเขาได้รับมวล” Strandberg กล่าว "สิ่งนี้อธิบายได้ว่าทำไม bosons W และ Z มีมวลและยังรวมพลังแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงที่อ่อนแอลงในแรงไฟฟ้า"
แม้ว่าหลักฐานอื่น ๆ จะช่วยบัฟเฟอร์การรวมกันของกองกำลังทั้งสองนี้ แต่การค้นพบของฮิกส์จะปิดผนึกข้อตกลง “ นั่นค่อนข้างแข็งแกร่งอยู่แล้ว” เมอร์เรย์กล่าว "สิ่งที่เราพยายามทำตอนนี้คือการหาหลักฐานที่ยอดเยี่ยมจริงๆ"
ความสมมาตร
อีกทฤษฎีที่จะได้รับผลกระทบจากการค้นพบฮิกส์เรียกว่าความสมมาตร- ความคิดนี้แสดงให้เห็นว่าอนุภาคที่รู้จักทุกชนิดมีอนุภาค "superpartner" ที่มีลักษณะแตกต่างกันเล็กน้อย
Supersymmetry นั้นน่าดึงดูดเพราะสามารถช่วยรวมกองกำลังอื่น ๆ ของธรรมชาติและยังเสนอผู้สมัครสำหรับอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นสสารมืด ขึ้นอยู่กับมวลที่แท้จริงของ Higgs Boson มันอาจให้ความน่าเชื่อถือแก่ความสมมาตรหรือความสงสัยในทฤษฎี
“ หากพบว่าฮิกส์โบซอนอยู่ที่มวลต่ำซึ่งเป็นหน้าต่างเดียวที่ยังคงเปิดอยู่สิ่งนี้จะทำให้ทฤษฎีที่มีความสมมาตร” Strandberg กล่าว“ เรายังคงต้องพิสูจน์ว่ามีความสมมาตรอยู่”
การตรวจสอบความถูกต้องของ LHC
ที่Hadron Collider ขนาดใหญ่เป็นตัวเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลก มันถูกสร้างขึ้นประมาณ 10 พันล้านเหรียญสหรัฐโดยองค์กรยุโรปเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์ (CERN) เพื่อสำรวจพลังงานที่สูงกว่าที่เคยมีมาบนโลก การค้นหา Higgs Boson นั้นได้รับการขนานนามว่าเป็นหนึ่งในเป้าหมายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของเครื่อง
การค้นพบฮิกส์จะเสนอการตรวจสอบที่สำคัญสำหรับ LHC และสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานในการค้นหามาหลายปี
“ ถ้าฮิกส์ได้รับการค้นพบในที่สุดมันจะเป็นขั้นตอนที่ยิ่งใหญ่มาก” Guimaraes da Costa กล่าว "คุณต้องลงทุนหลายปีและการได้เห็นมันค่อนข้างน่าตื่นเต้นมันค่อนข้างดีสำหรับสนามเพราะการสร้างเครื่องจักรเหล่านี้ [มัน] มีค่าใช้จ่ายเป็นจำนวนมากและคุณต้องพิสูจน์ว่าทำไมเราถึงสร้างเครื่องเหล่านี้ถ้าเราค้นพบสิ่งสำคัญเกี่ยวกับจักรวาล
การค้นพบฮิกส์ก็มีผลกระทบที่สำคัญสำหรับนักวิทยาศาสตร์ปีเตอร์ฮิกส์และเพื่อนร่วมงานของเขาที่เสนอกลไกฮิกส์เป็นครั้งแรกในปี 2507
"หากพบว่ามีหลายคนที่กำลังจะได้รับรางวัลโนเบล, "Vivek Sharma นักฟิสิกส์ของ University of California, San Diego กล่าวและผู้นำของการค้นหา Higgs ในการทดลอง CMS ของ LHC
