เผยพฤติกรรม “อนุภาคพระเจ้า” ไปตามแบบจำลองมาตรฐาน

แม้มีข่าวใหญ่จากการค้นพบ “ฮิกกส์” ไปแล้วเมื่อ 2 ปีก่อน แต่ยังคงมีความท้าทายในการหาคำตอบว่า อนุภาคที่ถูกขนานนามให้เป็น “อนุภาคพระเจ้า” นี้ มีพฤติกรรมอย่างไร? ซึ่งจากการเปิดเผยของนักฟิสิกส์ล่าสุดระบุว่า พฤติกรรมของอนุภาคมูลฐานนี้เป็นไปตามแบบจำลองมาตรฐาน

ย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 1960 ได้เกิดทฤษฎีเกี่ยวกับอนุภาคมูลฐาน (sub-atomic particle) อนุภาคที่ให้มวลแก่อนุภาคอื่น ซึ่งหากปราศจากอนุภาคนี้ก็จะไม่มีโลกแห่งสสารอยู่ อนุภาคดังกล่าวถูกเรียกว่า “ฮิกกส์” ตามชื่อ ปีเตอร์ ฮิกกส์ (Peter Higgs) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ผู้วางรากฐานทฤษฎีเกี่ยวกับอนุภาคนี้ และได้รับรางวัลโนเบลร่วมกับ ฟรังซัวส์ แองแกรต์ (Francois Englert) จากเบลเยียมเมื่อปีที่ผ่านมา

หลังพิสูจน์แนวคิดทฤษฎีอนุภาคฮิกกส์อยู่หลายทศวรรษ เมื่อถึงวันที่ 4 ก.ค.2012 ทีมนักวิทยาศาสตร์ซึ่งเป็นคู่แข่งในการค้นหาอนุภาคพระเจ้านี้ จากสถานีตรวจอนุภาคประจำเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี (Large Hadron Collider: LHC) ของเซิร์น ก็ประกาศออกมาว่า พวกเขาได้ค้นพบอนุภาคที่ตามหาอยู่นานนี้ โดยการทดลองที่ไม่ขึ้นตรงต่อกัน

แม้จะค้นพบอนุภาคตามทฤษฎีแล้วแต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังคงมีคำถามต่อว่า อนุภาคนี้มีพฤติกรรมอย่างไร? และสอดคล้องกับแบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) ที่อธิบายถึงสสารที่ตามองเห็นในเอกภพหรือไม่ ซึ่งเอเอฟพีรายงานว่า นักวิทยาศาสตร์ได้เผยผลการศึกษาลงวารสารเนเจอร์ฟิสิกส์ (Nature Physics) และหนึ่งในทีมศึกษาระบุว่า อนุภาคมีพฤติกรรมอย่างที่ทำนาย และไม่ใช่อนุภาคอื่นที่ลวงว่าเป็นฮิกกส์

นอกจากนี้ จากการวิเคราะห์ข้อมูลมหาศาลจากการเร่งอนุภาคชนกันในเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซีนั้น ยังเผยให้เห็นด้วยว่า อนุภาคฮิกกส์สลายไปเป็นกลุ่มอนุภาคมูลฐานที่เรียกว่า “เฟอร์มิออน” (fermions) ซึ่งสอดคล้องกับทฤษฎีแบบจำลองมาตรฐาน โดย มาร์คุส คลุต (Markus Klute) จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเสตส์ (Massachusetts Institute of Technology: MIT) ซึ่งนำการวิจัยที่สถานีตรวจัดอนุภาคซีเอ็มเอส (Compact Muon Solenoid: CMS) ซึ่งในสถานีที่ตรวจพบอนุภาคฮิกกส์ กล่าวว่า การค้นพบดังกล่าวเป็นการค้นพบครั้งใหญ่

“ตอนนี้เรารู้แล้วว่าอนุภาคดังกล่าวเหมือนอิเล็กตรอนที่ได้มวลจากการจับคู่ในสนามฮิกกส์ ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นจริงๆ เราได้กำหนดคุณลักษณะสำคัญของอนุภาคใหม่นี้ ซึ่งทั้งหมดสอดคล้องกับแบบจำลองมาตรฐาน” คลุตระบุ

ทั้งนี้ การหาอนุภาคฮิกกส์เป็นไปได้ด้วยเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซีของเซิร์น ห้องปฏิบัติการขนาดใหญ่ที่สุดในโลกที่เป็นอุโมงค์วงกลมยาว 27 กิโลเมตร ที่อยู่ใต้ดินระหว่างพรมแดนสวิตเซอร์แลนด์และฝรั่งเศส และที่ห้องปฏิบัติการดังกล่าวมีกองทัพนักฟิสิกส์จากทั่วโลกมาช่วยกันกรองข้อมูลจากการชนกันของโปรตอนหลายหมื่นล้านตัว และตามล่าสัญญาณที่บอกถึงอนุภาคที่ปรากฏเพียงชั่วพริบตา

ช่วงแรกที่มีการค้นพบอนุภาคฮิกกส์ใหม่ๆ ระบุว่า ฮิกกส์มีมวลระหว่าง 125-126 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์ ซึ่งเป็นหน่วยมาตรฐานในการวัดมวลของอนุภาคมูลฐาน และการวิเคราะห์ต่อมายังพบด้วยว่า ฮิกกส์ไม่มี “สปิน” (spin) และยังสลายตัวเป็นคู่โฟตอน (photon) หรืออนุภาคแสงที่เรียกว่า ดับเบิลยู โบซอน ( W boson) และ แซด โบซอน (Z boson)

ปัจจุบันของเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซีนั้นหยุดเดินเครื่องเพื่อปรับปรุงสมรรถนะให้ดีขึ้น แต่ระหว่างนี้นักวิทยาศาสตร์ก็ยังคงเก็บเกี่ยวข้อมูลที่ได้จากการเร่งอนุภาคก่อนหยุดเดินเครื่องมาศึกษาต่อ โดยคาดว่าจะเริ่มเดินเครื่องอีกครั้งในปี 2015 ซึ่งจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้เห็นการเดินเครื่องที่มีกำลังมากขึ้น และช่วยให้ในการพิสูจน์ปรากฏการณ์ทางทฤษฎีอย่างปรากฏการณ์ “สมมาตรยิ่งยวด” (super-symmetry) ที่อาจอธิบายปริศนาของสสารมืด (dark matter) ซึ่งเป็นสสารที่มีอยู่ในเอกภพมากที่สุด

นอกจาก ปีเตอร์ ฮิกกส์แล้ว ยังมีนักฟิสิกส์คนอื่นๆ ที่มีส่วนร่วมในการสร้างทฤษฎีอนุภาคฮิกกส์นี้ ได้แก่ โรเบิร์ต เบราต์ (Robert Brout) ชาวเบลเยียม ซึ่งเสียชีวิตไปเมื่อปี 2011 และทีมนักฟิสิกส์อังกฤษ-อเมริกัน คือ ดิค ฮาเกน (Dick Hagen) เจอรัลด์ กูรัลนิก (Gerald Guralnik) และ ทอม กิบเบิล (Tom Kibble)

*********************