ดับเบิลยู โบซอน หนักกว่าที่ใครๆคาดไว้The CDF detector, which is part of the Tevatron particle accelerator at Fermilab in Illinois, just stunned physicists with new “hefty” measurements of the W boson’s mass.เครื่องตรวจจับ CDF ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องเร่งอนุภาค Tevatron ที่ Fermilab ในอิลลินอยส์เพิ่งทําให้นักฟิสิกส์ตะลึงด้วยการวัดมวล “หนัก” ใหม่ของมวลของ W boson (เครดิตภาพ: ภาพประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ / Alamy )
การวัดมวลของอนุภาคย่อยที่เรียกว่า W boson อาจแตกต่างจากแบบจําลองมาตรฐานซึ่งเป็นกรอบการครองราชย์ที่ยาวนานซึ่งควบคุมโลกแปลก ๆ ของฟิสิกส์ควอนตัม
หลังจาก 10 ปีของการทํางานร่วมกันโดยใช้เครื่องทุบอะตอมที่ Fermilab
ในอิลลินอยส์นักวิทยาศาสตร์ประกาศการวัดใหม่นี้ซึ่งแม่นยํามากจนพวกเขาชอบที่จะหาน้ําหนักของกอริลลา 800 ปอนด์ (363 กิโลกรัม) ที่มีความแม่นยํา 1.5 ออนซ์ (42.5 กรัม) ผลของพวกเขาทําให้ W boson ซึ่งเป็นพาหะของแรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอที่มวลเจ็ดค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสูงกว่าแบบจําลองมาตรฐานที่คาดการณ์ไว้ นั่นคือความแน่นอนในระดับสูงมาก, แทนเพียงความน่าจะเป็นเล็ก ๆ น้อย ๆ อย่างไม่น่าเชื่อ ที่ผลลัพธ์นี้เกิดขึ้นจากโอกาสที่บริสุทธิ์
”แม้ว่านี่จะเป็นผลลัพธ์ที่น่าสนใจ แต่การวัดผลจะต้องได้รับการยืนยันจากการทดลองอื่นก่อนที่จะสามารถตีความได้อย่างเต็มที่” Joe Lykken รองผู้อํานวยการฝ่ายวิจัยของ Fermilab กล่าวในแถลงการณ์พริตตี้วูแมนแมก
ผลลัพธ์ใหม่ยังไม่เห็นด้วยกับการวัดการทดลองที่เก่ากว่าของมวลของ W boson ยังคงต้องดูว่าการวัดนี้เป็นฟลุคทดลองหรือการเปิดรอยแตกครั้งแรกในรุ่นมาตรฐาน หากผลลัพธ์ยืนหยัดเพื่อการตรวจสอบและสามารถทําซ้ําได้อาจหมายความว่าเราจําเป็นต้องแก้ไขหรือขยายแบบจําลองมาตรฐานด้วยอนุภาคและกองกําลังใหม่ที่เกี่ยวข้อง: นักฟิสิกส์ได้ใกล้ชิดมากขึ้นกว่าเดิมในการวัดนิวตริโนที่เข้าใจยาก
ความแข็งแรงของแรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ
When a proton and antiproton were smashed together at near the speed of light inside the Tevatron at Fermilab, W bosons sometimes popped into existence.
เมื่อโปรตอนและแอนติโปรตอนถูกทุบเข้าด้วยกันด้วยความเร็วแสงใกล้ Tevatron ที่ Fermilab บางครั้ง W bosons ก็โผล่ขึ้นมา (เครดิตภาพ: Shutterstock)
แรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแออาจเป็นที่แปลกประหลาดที่สุดของสี่กองกําลังพื้นฐานของธรรมชาติ มันแพร่กระจายโดยผู้ให้บริการแรงสามลําที่รู้จักกันในชื่อ bosons มี Z boson เดียวซึ่งมีประจุไฟฟ้าที่เป็นกลางและ W + และ W- bosons ซึ่งมีประจุไฟฟ้าบวกและลบตามลําดับ
เนื่องจากโบซอนทั้งสามมีมวลพวกเขาเดินทางช้ากว่าความเร็วของแสงและในที่สุดก็สลายตัวเป็นอนุภาคอื่น ๆ ทําให้แรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอมีช่วงที่ค่อนข้าง จํากัด แม้จะมีข้อ จํากัด เหล่านั้นแรงที่อ่อนแอมีหน้าที่รับผิดชอบต่อการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีและเป็นแรงผลักดันเดียว (นอกเหนือจากแรงโน้มถ่วง) ที่จะโต้ตอบโดยตรงกับนิวตริโนอนุภาคลึกลับเหมือนผีที่ท่วมจักรวาล
การตรึงมวลของพาหะแรงอ่อนแอเป็นการทดสอบที่สําคัญของแบบจําลองมาตรฐานทฤษฎีฟิสิกส์ที่รวมกลศาสตร์ควอนตัมความสัมพันธ์พิเศษและสมมาตรของธรรมชาติเพื่ออธิบายและทํานายพฤติกรรมของแรงแม่เหล็กไฟฟ้านิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งและแรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ (ใช่แรงโน้มถ่วงคือ “ช้างในห้อง” ที่แบบจําลองไม่สามารถอธิบายได้) แบบจําลองมาตรฐานเป็นทฤษฎีที่แม่นยําที่สุดเท่าที่เคยพัฒนาในฟิสิกส์และหนึ่งในความสําเร็จในการครองราชย์คือการทํานายความสําเร็จของการดํารงอยู่ของฮิกส์โบซอนอนุภาคที่มีสนามกลควอนตัมก่อให้เกิดมวลในอนุภาคอื่น ๆ อีกมากมายรวมถึง W boson
ตามแบบจําลองมาตรฐานที่พลังงานสูงแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอรวมกันเป็นแรงเดียวที่เรียกว่าปฏิสัมพันธ์ของคลื่นไฟฟ้า แต่ที่พลังงานต่ํา (หรือพลังงานทั่วไปของชีวิตประจําวัน) ฮิกส์ boson ก้นในขับรถลิ่มระหว่างสองกองกําลัง ด้วยกระบวนการเดียวกันนี้ฮิกส์ยังให้มวลแก่ผู้ให้บริการแรงที่อ่อนแอ
หากคุณรู้มวลของฮิกส์โบซอนคุณสามารถคํานวณมวลของ W boson และในทางกลับกัน สําหรับแบบจําลองมาตรฐานที่จะเป็นทฤษฎีที่สอดคล้องกันของฟิสิกส์อะตอม, มันจะต้องสอดคล้องกับตัวเอง. หากคุณวัดฮิกส์โบซอนและใช้การวัดนั้นเพื่อทํานายมวลของ W boson มันควรจะเห็นด้วยกับการวัดมวลของ W boson ที่เป็นอิสระโดยตรง
ข้อมูลล้นหลาม
การใช้เครื่องตรวจจับ Collider ที่ Fermilab (CDF) ซึ่งอยู่ภายในเครื่องเร่งอนุภาค Tevatron ขนาดยักษ์ความร่วมมือของนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 400 คนตรวจสอบข้อมูลหลายปีจากการชนกันอย่างอิสระกว่า 4 ล้านโปรตอนกับแอนติโปรตอนเพื่อศึกษามวลของ W boson ในระหว่างการปะทะกันที่มีพลังพิเศษเหล่านั้น W boson สลายตัวเป็นมูนหรืออิเล็กตรอน (พร้อมกับนิวตริโน) พลังงานของอนุภาคที่ปล่อยออกมาเหล่านั้นเชื่อมต่อโดยตรงกับมวลพื้นฐานของ W boson
