ดับเบิลยูโบซอน นี่คือคำพูดเปิดงานบางส่วนจาก เดวิด โทแบ็ค หัวหน้าเครื่องตรวจจับคอลลิเดอร์ ที่เฟอร์มิแล็บ ในขณะที่เขาประกาศผลการทดลองที่ยาวนานนับทศวรรษ เพื่อวัดมวลของอนุภาคที่เรียกว่าดับเบิลยูโบซอน ฉันเป็นนักฟิสิกส์อนุภาคพลังงานสูง และเป็นส่วนหนึ่งของทีมนักวิทยาศาสตร์หลาย 100 คนที่สร้าง และใช้งานเครื่องตรวจจับคอลลิเดอร์ที่เฟอร์มิแล็บ ในรัฐอิลลินอยส์ หรือที่เรียกว่าซีดีเอฟ
หลังจากการชนกันหลายล้านครั้ง การรวบรวมข้อมูลและการแยกจำนวนเป็นเวลาหลายปี ทีมซีดีเอฟพบว่าดับเบิลยูโบซอน มีมวลมากกว่าที่คาดไว้เล็กน้อย แม้ว่าความคลาดเคลื่อนจะน้อยมาก แต่ผลลัพธ์ที่อธิบายไว้ในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร ไซแอน ฉบับวันที่ 7 เมษายน พ.ศ. 2565 ได้ทำให้โลกฟิสิกส์ของอนุภาคเกิดไฟฟ้า หากการวัดถูกต้อง ก็เป็นอีกสัญญาณที่ชัดเจนว่า มีชิ้นส่วนที่ขาดหายไปในปริศนาฟิสิกส์ เกี่ยวกับวิธีการทำงานของจักรวาล
อนุภาคที่มีกำลังอ่อน แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ เป็นกรอบการทำงานที่ดีที่สุดในปัจจุบันของวิทยาศาสตร์ สำหรับกฎพื้นฐานของจักรวาล และอธิบายถึงแรงพื้นฐาน 3 แรงได้แก่ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงที่อ่อน และแรงที่แรง แรงที่แข็งแกร่งถือนิวเคลียสของอะตอมเข้าด้วยกัน แต่นิวเคลียสบางส่วนไม่เสถียร และเกิดการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี ค่อยๆ ปลดปล่อยพลังงานออกมา โดยปล่อยอนุภาคออกมา
กระบวนการนี้ ถูกขับเคลื่อนด้วยแรงอย่างอ่อน และตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1900 นักฟิสิกส์พยายามค้นหาคำอธิบายว่าทำไมอะตอมจึงสลายตัวอย่างไร ตามแบบจำลองมาตรฐาน แรงจะถูกส่งผ่านอนุภาค ในทศวรรษที่ 1960 การค้นพบทางทฤษฎี และการทดลองชุดหนึ่งเสนอว่า แรงอย่างอ่อนถูกส่งโดยอนุภาคที่เรียกว่าดับเบิลยูและแซดโบซอน นอกจากนี้ ยังตั้งสมมติฐานว่าอนุภาคตัวที่สาม ฮิกส์โบซอน คือสิ่งที่ให้อนุภาคอื่นๆ ทั้งหมด รวมทั้งดับเบิลยูและแซดโบซอนมีมวล
นับตั้งแต่การถือกำเนิดของแบบจำลองมาตรฐาน ในทศวรรษที่ 1960 นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามหารายชื่ออนุภาค ที่คาดการณ์ไว้แต่ยังไม่ถูกค้นพบ และวัดคุณสมบัติของอนุภาคเหล่านั้น ในปี 1983 การทดลองสองครั้งที่เซิร์น ในเมืองเจนีวา ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ได้บันทึกหลักฐานชิ้นแรกของการมีอยู่ของดับเบิลยูโบซอน ดูเหมือนว่าจะมีมวลประมาณอะตอมขนาดกลาง เช่น โบรมีน
ในช่วงทศวรรษที่ 2000 มีเพียงชิ้นเดียวที่ขาดหายไป เพื่อสร้างแบบจำลองมาตรฐานให้สมบูรณ์ และเชื่อมโยงทุกอย่างเข้าด้วยกัน นั่นคือฮิกส์โบซอน ฉันช่วยค้นหาฮิกส์โบซอนในการทดลองต่อเนื่อง 3 ครั้ง และในที่สุดเราก็ค้นพบมันในปี 2555ที่ เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ คอลลิเดอร์ที่เซิร์น แบบจำลองมาตรฐานเสร็จสมบูรณ์แล้ว และการวัดทั้งหมดที่เราทำไว้ ก็ประกอบเข้าด้วยกันอย่างสวยงามด้วยการคาดการณ์
การวัดดับเบิลยูโบซอน การทดสอบแบบจำลองมาตรฐานเป็นเรื่องสนุก คุณแค่ทุบอนุภาคเข้าด้วยกัน ด้วยพลังงานที่สูงมาก การชนกันเหล่านี้จะสร้างอนุภาคที่หนักกว่าในช่วงสั้นๆ ซึ่งจะสลายตัวกลับเป็นอนุภาคที่เบากว่า นักฟิสิกส์ใช้เครื่องตรวจจับขนาดใหญ่ และไวมาก ในสถานที่เช่น เฟอร์มิแล็บ และเซิร์น เพื่อวัดคุณสมบัติ และปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคที่เกิดจากการชนกันเหล่านี้
ในซีดีเอฟดับเบิลยูโบซอน จะถูกผลิตขึ้นประมาณหนึ่งในทุกๆ 10 ล้านครั้งเมื่อโปรตอน และแอนติโปรตอนชนกัน แอนติโปรตอน เป็นโปรตอนในรูปแบบปฏิสสารที่มีมวลเท่ากัน แต่มีประจุตรงข้ามกัน โปรตอนทำจากอนุภาคมูลฐานที่เล็กกว่า ที่เรียกว่า ควาร์ก และแอนติโปรตอนทำจากแอนติควาร์ก เป็นการชนกันระหว่างควาร์ก และแอนติควาร์กที่สร้างดับเบิลยูโบซอน สลายเร็วมาก จนวัดไม่ได้โดยตรง
นักฟิสิกส์จึงติดตามพลังงานที่เกิดจากการสลายตัว เพื่อวัดมวลของดับเบิลยูโบซอน ในช่วง 40 ปีที่ผ่านมา นับตั้งแต่นักวิทยาศาสตร์ ตรวจพบหลักฐานของ ดับเบิลยูโบซอน เป็นครั้งแรก การทดลองที่ต่อเนื่องกัน ทำให้สามารถวัดมวลของมันได้อย่างแม่นยำมากขึ้น แต่ตั้งแต่การวัดฮิกส์โบซอน เนื่องจากมันให้มวลแก่อนุภาคอื่นๆ ทั้งหมด
นักวิจัยจึงสามารถตรวจสอบ มวลที่วัดได้ของดับเบิลยูโบซอน กับมวลที่ทำนายโดยแบบจำลองมาตรฐาน การคาดคะเน และการทดลองมักจะตรงกันเสมอมาจนถึงปัจจุบัน เครื่องตรวจจับซีดีเอฟที่เฟอร์มิแล็บ นั้นยอดเยี่ยมในการวัดดับเบิลยูโบซอนอย่างแม่นยำ ตั้งแต่ปี 2544 ถึง 2554 เครื่องเร่งอนุภาคชนโปรตอนกับแอนติโปรตอนหลายล้านครั้ง ทำให้เกิดดับเบิลยูโบซอนหลายล้านตัว และบันทึกข้อมูลจากการชนแต่ละครั้งให้ได้มากที่สุด
ทีมเฟอร์มิแล็บ เผยแพร่ผลลัพธ์เบื้องต้น โดยใช้ข้อมูลเพียงเศษเสี้ยวในปี 2012 เราพบว่ามวลลดลงเล็กน้อย แต่ก็ใกล้เคียงกับที่คาดการณ์ไว้ จากนั้นทีมงานใช้เวลาหนึ่งทศวรรษ ในการวิเคราะห์ชุดข้อมูลทั้งหมดอย่างละเอียดถี่ถ้วน กระบวนการนี้ รวมถึงการตรวจสอบภายในจำนวนมาก และการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ที่ต้องใช้เวลาหลายปี เพื่อหลีกเลี่ยงความลำเอียง ที่เล็ดลอดเข้ามาในการวิเคราะห์
การวัดนั้นแม่นยำภายใน 9 วิธี นี่เป็นค่าเบี่ยงเบนเกือบ 8 เท่าของระยะขอบของข้อผิดพลาด สิ่งนี้หมายถึงอะไรสำหรับรุ่นมาตรฐาน ข้อเท็จจริงที่ว่า มวลที่วัดได้ของดับเบิลยูโบซอน ไม่ตรงกับมวลที่ทำนายไว้ภายในแบบจำลองมาตรฐาน อาจหมายถึง 3 ประการ คณิตศาสตร์ผิด การวัดผิด หรือมีบางอย่างขาดหายไป จากแบบจำลองมาตรฐาน
ประการแรก คณิตศาสตร์ในการคำนวณมวลของดับเบิลยูโบซอน นักฟิสิกส์ใช้มวลของฮิกส์โบซอน การทดลองของเซิร์นทำให้นักฟิสิกส์ สามารถวัดมวลฮิกส์โบซอนได้ภายใน 1ใน4 เปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้ นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎียังได้ทำงานเกี่ยวกับการคำนวณมวลโบซอนของดับเบิลยูมานานหลายทศวรรษแล้ว แม้ว่าคณิตศาสตร์จะซับซ้อน แต่การทำนายนั้นมั่นคง และไม่น่าจะเปลี่ยนแปลง
ความเป็นไปได้ต่อไป คือข้อบกพร่องในการทดลอง หรือการวิเคราะห์ นักฟิสิกส์ทั่วโลกกำลังตรวจสอบผลลัพธ์ เพื่อพยายามอุดช่องโหว่ นอกจากนี้ การทดลองในอนาคตที่เซิร์น อาจได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น ซึ่งจะยืนยันหรือหักล้างมวลเฟอร์มิแล็บได้ในที่สุด แต่ในความคิดของฉัน การทดลองนี้เป็นการวัดผลที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในปัจจุบัน
บทความที่น่าสนใจ : การเลี้ยงดูเด็ก ความเป็นผู้นำที่พ่อแม่ปลูกฝังการเลี้ยงดูเด็กได้ตั้งแต่ยังเด็ก
