ทำไมผมไม่ค่อยตื่นเต้นกับการค้นพบ Higgs particle (สำหรับ non-expert)

จริงๆแล้วบทความนี้น่าจะเขียนตั้งแต่เมื่อสองปีก่อน ตอนที่ประกาศว่าเจอ “อนุภาคสปิน 0” ที่เชื่อกันว่า
เป็นอนุภาคที่นักฟิสิกส์เรียกกันว่า Higss particle แต่ตอนนั้นไม่ได้เขียนเพราะอะไรซักอย่าง
ที่เริ่มเขียนตอนนี้เพราะไหนๆ CERN ก็กำลังจะรัน LHC เป็นรอบที่สอง ซึ่งผมคิดว่าเป็นอะไรที่น่าสนใจกว่า
การเจอ Higgs particle ก็เลยขอเขียนเกี่ยวกับ การ “ค้นพบ” Higgs particle กับการทดลองใหม่ของ CERN ซะหน่อย

ก่อนอื่นผมขอออกตัวก่อนว่าผมไม่ได้เป็น expert เรื่อง standard model (and beyond) ของ particle physics
งานผมไม่มีอะไรเกี่ยวกับ CERN ผมแค่เคยเรียนเรื่องนี้ตอนที่เรียนอยู่ปริญญาโท (ผมจบปริญญาโทปีที่เจอ Higgs particle พอดี)

ออกตัวอีกเรื่องนึงว่า การค้นพบ Higgs particle แม่งเป็นเรื่องที่โคตรเจ๋งอย่างไม่ต้องสงสัย ในทางประวัติศาสตร์ กระบวนการที่เรียกว่า “Higgs mechanism” ได้ถูกเอามาพูดถึงในวงการ particle physics ตอนปี 1964 โดย กลุ่มของ Brout & Englert (อ่านว่า ออง-แกล) ตีพิมพ์ตอนเดือนสิงหาคม, Higgs ตอนเดือนตุลาคม และ Guralnik, Hagen & Kibble ตอนเดือนพฤศจิกายน ถ้าจะว่ากันตามตรงควรจะเรียกว่า “Brout-Englert-Higgs- Guralnik-Hagen- Kibble mechamism/particle” แต่บังเอิญว่าเปเปอร์ของคนอื่นนอกจาก Higgs พูดถึงแต่ mechanism แต่ไม่ได้พูดถึง particle… คนเลยเรียก particle ที่ทำให้เกิด mechanism นี้ว่า Higgs particle อันนี้แม่งก็เป็นเรื่องของการเมืองในวงการวิชาการ

ต่อมาไม่นาน นักฟิสิกส์กลุ่มใหญ่ (ที่ผมคงให้เครดิตได้ไม่หมด) ก็เสนอโมเดลที่ว่ากันว่าอธิบายปรากฎการณ์ที่เกิดจาก Higgs, particle quarks, gluon, neutrinos, electron, muon, W/Z bosons, photon ซึ่งเข้าใจว่าเป็นอนุภาคที่ประกอบกันเป็นทุกอย่างที่คนนึกออกสมัยนั้นทั้งหมดแล้วกัน โมเดลที่ว่าเนี่ยเรียกว่า standard model ซึ่งมันฟังดูเจ๋งมากที่อนุภาคทุกตัว/แรงในทางฟิสิกส์ทุกแรง ในชีวิตประจำวันเรามันเกิดจาก building block ที่ประกอบด้วยอนุภาคไม่กี่ตัว และอธิบายได้ด้วยสมการไม่กี่สมการ!

เรื่องน่าสนใจอย่างน้อยที่สุดสองเรื่องเกี่ยวกับ standard model เนี่ย คือ

1) อนุภาคเกือบทุกตัวที่ผมไล่ไปตะกี้นี้ เค้าเจอกันในเครื่องเร่งอนุภาคยุคโบราณตั้งแต่ราวๆปี 1970s-1980s ยกเว้น Higgs particle…เพราะแม่งหายากมาก จนกระทั่งเมื่อสองปีที่แล้วโดยกลุ่มนักทำเรื่องเร่งที่เล่นกับ detector ชื่อ  ATLAS กับ CMS  ที่เรียกว่ากลุ่มเนี่ย จริงๆเป็นกลุ่มโคตรพ่อโคตรแม่ใหญ่ รวมๆทั้งสองโปรเจคแล้วมีนักฟิสิกส์ร่วมงานอยู่เกือบ 7000 คน  และออกแบบการทดลองกันตั้งแต่ปี 1992 (ATLAS) อาจจะเรียกได้ว่าเป็นโปรเจคขนาดใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ของฟิสิกส์จริงๆ แต่ถ้าถามผมว่าน่าตื่นเต้นมากมั้ย เอาจริงๆก็ไม่ค่อยเพราะอย่างที่บอกว่าโมเดลนี้เค้าคิดกันมาตั้งหลายสิบปีมาแล้วแถมคนส่วนใหญ่ก็เชื่อโมเดลนี้ถึงขนาดเอามาสอนในปริญญาโท/ปริญญาตรีปี 4  คือถ้าเจอ Higgs particle มันก็ดีเพราะแปลว่าโมเดลที่เค้าคิดกันมามันถูกแล้ว แต่ถ้าผิดจะน่าตื่นเต้นมากกว่า

2) ผมเกริ่นไว้ตะกี้ว่า standard model มันฟังดูเจ๋งมากเพราะมันอธิบายอนุภาคทุกตัวในชีวิตประจำวันเราได้ คำถามต่อมาคือ แล้วมันอธิบายทุกอย่างในจักรวาล (ที่เราหาเจอ) ได้จริงๆรึเปล่า? คำตอบแบบสั้นๆเลยก็คือ “เปล่า” ยกตัวอย่างเช่น มันมีของที่นักดาราศาสตร์เจอที่เรียกว่า Dark matter ที่ดูไม่เหมือนอะไรใน standard model เลย กับ Dark energy ที่เราไม่รู้ด้วยซ้ำว่ามันคืออะไร แต่สองอย่างนี้เหมือนจะเป็นสสารส่วนใหญ่ในจักรวาล ( 96% ของจักรวาลที่เราสามารถ observe ได้) นอกจากสองเรื่องนี้ก็ยังมีปัญหาพื้นฐานอีกพอสมควรโดยเฉพาะเวลาพยามรวมแรงโน้มถ่วงเข้าไปใน standard model ด้วย แต่ผมเองก็ไม่ค่อยเข้าใจเรื่องพวกนี้เท่าไหร่เลยไม่พูดถึงดีกว่า

จากเหตุผลสองข้อนี้เนี่ย มันบอกกับเราง่ายๆว่า standard model หรือ building block ของอนุภาคต่างๆที่เรามีอยู่ มันยังไม่สมบูรณ์!
แต่ด้วยความที่ standard model มันอธิบายอะไรได้ดีมาก จะหาอะไรมาแทนมันก็เลยไม่ง่ายเท่าไหร่แต่ก็ทำได้ ในทางเทคนิค งานวิจัยสายนี้จะเรียกว่า Beyond standard model ซึ่งเป็นสาขาวิจัยที่โคตรใหญ่ แล้วก็มีโมเดลของ beyond standard model มากมายๆ  หลายๆโมเดลก็ทำนายอนุภาคตัวอื่นที่ตอนนี้ยังไม่เจอ (เช่นอาจจะมี Higgs particle มากกว่า 1 ตัว, หรือมีอนุภาคที่เป็น”คู่” ของอนุภาคที่เรารู้จักกันอยู่ ที่เรียกว่า superpartner ) บ้างก็ทำนายการมีอยู่ของ extra-dimensions (ว่าจักรวาลของเราจริงๆมีมากกว่า 4มิติ : กว้าง + ยาว +ลึก + เวลา แต่อาจจะมีแบบ… 11 มิติ อะไรแบบนี้)

สำหรับผมแล้ว ของอย่างพวก extra-dimensions หรือการอธิบายสสารอีก 96% ในจักรวาล มันเป็นอะไรที่น่าสนใจกว่าการเจอ Higgs particle เยอะมากๆ เพราะมันแปลว่าผมและเพื่อนๆจะมีงานทำมากขึ้น (555) ซึ่งถ้าผมเข้าใจไม่ผิด คนที่ทำเรื่อง beyond standard model เขื่อว่า เค้าจะสามารถได้ data ของ beyond standard model จากการเดินเครื่องครั้งนี้ของ LHC ครับ

 

สำหรับคนที่ผ่านมาแล้วสนใจ ผมแนะนำให้ลองอ่าน articles ในบลอคของ Matt Stressler ที่เป็น expert ที่ทำงานในเรื่องของ supersymmetry, string theory แล้วก็ลงมาทำงานเกี่ยวกับฟิสิกส์ของเครื่องเร่งอนุภาคจริงๆดูครับ

 

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

CQG+

The companion website to Classical and Quantum Gravity

Louk Rademaker's Physics site

Theoretical Condensed Matter Physics / Quantum Matter

quantum update

อัพเดท สาระน่ารู้ เทคโนโลยีควอนตัม และ ควอนตัมคอมพิวเตอร์

Shores of the Dirac Sea

A blog about physics... mostly.

The polymath blog

Massively collaborative mathematical projects

Quantum Frontiers

A blog by the Institute for Quantum Information and Matter @ Caltech

High Energy PhDs

A discussion of particle physics and strings

Tutanon

"Ever tried, ever failed, no matter. Try again, fail again, fail better." - Samuel Beckett

in theory

"Marge, I agree with you - in theory. In theory, communism works. In theory." -- Homer Simpson

Gowers's Weblog

Mathematics related discussions

What's new

Updates on my research and expository papers, discussion of open problems, and other maths-related topics. By Terence Tao

atomsofspacetime

Fay Dowker's website

Of Particular Significance

Conversations About Science with Theoretical Physicist Matt Strassler

ปีนป่าย

ปีนจากกะลา สู่โลกกว้างที่ ท้าทาย

Quendi in the UK

Love is All Around

ONGCHINA 's Blog

Chinese History and Culture, Travel.

%d bloggers like this: