เพียงเพราะนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบอนุภาคไม่ได้หมายความว่าพวกเขารู้คุณสมบัติทั้งหมดของมัน โดย ราหุล ราว | เผยแพร่เมื่อ 12 ธ.ค. 2564 13:00 น
ศาสตร์
แคลอรีมิเตอร์แบบแม่เหล็กไฟฟ้าและฮาดรอนที่ประกอบขึ้นจากศูนย์กลางของเครื่องมือ CMS สูง 49 ฟุตยาว 69 ฟุต Enrico Sachetti
1.6 x 10 -22วินาที: ตามทฤษฎีแล้ว นั่นคืออายุขัยของฮิกส์โบซอน ซึ่งเป็นหนึ่งในอนุภาคที่เป็นที่ต้องการตัวมากที่สุดในโลกของอะตอม เวลานี้สั้นมากจนโบซอนฮิกส์หลายสิบล้านล้านอาจมีชีวิตอยู่และตายก่อนที่แสงจากอุปกรณ์ที่คุณใช้อ่านสิ่งนี้จะเข้าตา
นักฟิสิกส์กำลังเป็นศูนย์ในชีวิตนี้ในโลกแห่งความเป็นจริง
เมื่อศึกษาข้อมูลจาก Large Hadron Collider (LHC) ของ CERN) นักวิทยาศาสตร์ได้จำกัดอายุขัยของ Higgs ให้แคบลงเหลือเพียงตัวเลขประมาณ 1.6 x 10 -22นั้น นักวิทยาศาสตร์สามารถทำได้ด้วยข้อมูลจากCMSซึ่งเป็นหนึ่งในเครื่องตรวจจับของ LHC งานของพวกเขาเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญ และเป็นสัญญาณว่าเกือบทศวรรษหลังจากการค้นพบของฮิกส์โบซอน ยังมีอะไรอีกมากให้เรียนรู้เกี่ยวกับอนุภาค
Caterina Vernieri นักฟิสิกส์อนุภาคจาก SLAC National Accelerator Laboratory ในแคลิฟอร์เนีย กล่าวว่า “นี่เป็นความสำเร็จที่ดี เป็นก้าวที่ยิ่งใหญ่ แต่นี่เป็นเพียงก้าวแรก” กล่าวโดย Caterina Vernieriนักฟิสิกส์อนุภาคจาก SLAC National Accelerator Laboratory ในแคลิฟอร์เนีย การวิจัยในปัจจุบันนี้
ฮิกส์โบซอนเป็นสาเหตุที่อนุภาคจำนวนมากมีมวล เพื่อสร้างเรื่องยาวที่เกี่ยวข้องกับแนวคิดที่ซับซ้อนที่เรียกว่า “สนามควอนตัม” และ “การทำลายสมมาตร” แบบสั้น ทฤษฎีนี้ถูกสร้างทฤษฎีขึ้นเป็นครั้งแรกในทศวรรษที่ 1960 โดยมีคนชื่อเดียวกันคือ Peter Higgs นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้ได้รับรางวัลโนเบล แต่นักวิทยาศาสตร์ได้หลบเลี่ยงมาเป็นเวลาหลายทศวรรษ
การรวมอนุภาคเข้าด้วยกันด้วยพลังงานที่สูงขึ้นและสูงขึ้นเป็นกุญแจสำคัญในการค้นพบนี้ ซึ่งเกิดขึ้นได้โดย LHC โดยที่อนุภาคจะวนผ่านวงแหวนยาว 17 ไมล์บนพรมแดนฝรั่งเศส-สวิส LHC ออนไลน์ในปี 2551 ในปี 2555 นักฟิสิกส์ที่ทำงานที่นั่นพบรอยนิ้วมือของสิ่งที่อาจเป็นฮิกส์โบซอน ภายในสิ้นปี 2013 พวกเขาได้พิจารณาแล้วว่าผลลัพธ์ของพวกเขาไม่ใช่แค่เสียงทางสถิติแบบสุ่ม
การค้นหาฮิกส์โบซอนสิ้นสุดลงแล้ว แต่เพียงเพราะนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบอนุภาคหรือสิ่งอื่นใด ไม่ได้หมายความว่าพวกเขาเข้าใจคุณสมบัติทั้งหมดของมัน
[ที่เกี่ยวข้อง: ภายในการค้นพบที่อาจเปลี่ยนฟิสิกส์ของอนุภาค ]
นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีทำนายคุณสมบัติของฮิกส์โบซอนหลายอย่างในช่วงหลายทศวรรษก่อนการค้นพบ หากการคาดคะเนตามทฤษฎีเหล่านี้เข้ากันได้ดีกับสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบในที่สุด มันจะเป็นหลักฐานเพิ่มเติมว่า Higgs boson เข้ากับทฤษฎีที่อยู่เบื้องหลังฟิสิกส์อนุภาคยุคใหม่ หรือที่เรียกว่าStandard Model มันจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้เพิ่มเติมว่าเอกภพเคลื่อนตัวอย่างไรในระดับที่เล็กที่สุด
แต่นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามศึกษาสิ่งต่าง ๆ
ที่ไม่เปิดเผยตัวต่อโลกอย่างแน่นอน อนุภาคอย่างพวกฮิกส์ นอกจากขนาดที่บอบบางของพวกมันแล้ว อาจแสดงให้เห็นเพียงช่วงเวลาสั้นๆ ที่หายไปก่อนที่จะสลายตัวเป็นบอร์ดถ่านที่มีอนุภาคอื่นๆ
“อายุขัยของ Higgs boson นั้นน้อยมาก” Vernieri กล่าว “ดังนั้น เมื่อมันถูกผลิตขึ้นในการทดลองของเรา เราไม่ได้วัด Higgs boson หรือเห็น Higgs boson จริงๆ แต่สิ่งที่เราเห็นคือเศษเล็กเศษน้อย…ของอนุภาคที่มันสลายไป”
ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์ของ CMS จึงวิเคราะห์ข้อมูลจากการทดลอง LHC ที่ดำเนินการระหว่างปี 2015 และ 2018 เมื่อดูอนุภาคที่ Higgs boson สลายตัวเข้าไป พวกเขาสามารถย้อนรอยและค้นหาช่วงของมวลที่ Higgs boson อาจมีได้ ต้องขอบคุณคุณสมบัติควอนตัมที่เรียกว่าหลักการความไม่แน่นอน ช่วงนั้นเป็นสัดส่วนผกผันกับอายุขัยของอนุภาค ทำให้นักฟิสิกส์สามารถคำนวณค่าหลังจากค่าเดิมได้
ตามการคำนวณ อายุการใช้งานของ Higgs boson อยู่ระหว่าง 1.2 x 10 -22วินาที ถึง 4.4 x 10 -22วินาที นั่นเป็นค่าประมาณอายุขัยของฮิกส์โบซอนที่แม่นยำที่สุด ซึ่งสอดคล้องกับตัวเลข 1.6 x 10 -22ที่นักทฤษฎีคาดการณ์ไว้
และยังไม่แม่นยำพอสำหรับวิชาฟิสิกส์
มีความเป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น มีอนุภาคแปลกปลอมที่ไม่รู้จักในปัจจุบันซึ่งฮิกส์โบซอนสลายไป ซึ่งโมเดลมาตรฐานไม่ได้คำนึงถึง นั่นจะส่งผลต่ออายุขัยของฮิกส์โบซอน—แต่อย่างละเอียดถี่ถ้วนจนแม้แต่การคำนวณนี้ก็ยังตรวจไม่พบ
“นี่จะเป็นการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในมูลค่าตลอดอายุการใช้งาน” Vernieri กล่าว “ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องวัดอายุการใช้งานด้วยความแม่นยำที่ดีมาก”
โชคดีที่นักฟิสิกส์อนุภาคคิดว่าจะดีขึ้นในเรื่องนั้น Pascal Vanlaer นักฟิสิกส์จาก CMS และนักฟิสิกส์คนหนึ่งที่อยู่เบื้องหลังโครงการกล่าว ว่า”ความแม่นยำของการวัดคาดว่าจะดีขึ้นในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าด้วยข้อมูลจากการดำเนินการ LHC ครั้งต่อไปและแนวคิดการวิเคราะห์ใหม่” Pascal Vanlaerนักฟิสิกส์จาก CMS และหนึ่งในนักฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังโครงการกล่าว
ครั้งแรกของการวิ่งครั้งต่อไปนั้น ตามแผน ไม่ไกลเกินไปในอนาคต ตั้งแต่ปี 2018 LHC ได้ปิดตัวลงเป็นเวลานานซึ่งเรียกว่า Long Shutdown 2 ในช่วงเวลานั้น เครื่องชนกันและสิ่งอำนวยความสะดวกรอบ ๆ ของ CERN ได้รับการอัพเกรดเป็นจำนวนมาก หลังจากการหยุดชะงักของตารางเวลาที่เกิดจาก COVID-19 ขณะนี้ collider ถูกตั้งค่าให้เปิดอีกครั้งในเดือนกุมภาพันธ์ 2022
และยังมีอีกหลายสิ่งหลายอย่างเกี่ยวกับ Higgs boson ที่เรายังไม่ทราบแน่ชัด ตั้งแต่วิธีการผลิตไปจนถึงการตอบสนองต่ออนุภาคอื่นๆ ไปจนถึงวิธีที่มันโต้ตอบกับตัวเอง ในการพิจารณาคุณสมบัติเหล่านั้น แม้แต่ LHC ก็อาจไม่ละเอียดอ่อนพอ
“เราผลิต Higgs boson ทุกๆ พันล้านการชนที่ LHC” Vernieri กล่าว และบ่อยครั้งที่การพยายามเห็น Higgs bosons หมายถึงต้องมองผ่านทะเลของอนุภาคอื่นๆ “มันเป็นสภาพแวดล้อมที่ท้าทายมากในการศึกษา การผลิตอนุภาคอย่างแม่นยำ”
กุญแจสำคัญคือสภาพแวดล้อมที่สะอาดขึ้นในการศึกษา Higgs boson ที่มีความแม่นยำสูงกว่า Vernieri กล่าว บางทีนั่นอาจเป็นงานสำหรับผู้สืบทอดตำแหน่งที่เสนอโดย LHC คนหนึ่ง
