ความสมมาตรเป็นแนวคิดที่ทรงพลังในวิชาฟิสิกส์ แต่บางครั้งคุณอาจมีมากเกินไป ถ้าแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาคมีความสมมาตรอย่างสมบูรณ์ อนุภาคในแบบจำลองจะไม่มีมวลเลย มองในอีกแง่หนึ่ง ข้อเท็จจริงที่ว่าอนุภาคมูลฐานส่วนใหญ่มีมวลที่ไม่เป็นศูนย์จะทำลายสมมาตรบางส่วนในแบบจำลอง ดังนั้นจึงต้องมีบางสิ่งสร้างมวลของอนุภาคและทำลายความสมมาตรของแบบจำลอง
บางสิ่งที่ยัง
ไม่ถูกตรวจพบในการทดลองเรียกว่าสนามฮิกส์ ทุ่งฮิกส์ได้รับการตั้งชื่อตามปีเตอร์ ฮิกส์แห่งมหาวิทยาลัยเอดินบะระ แผ่กระจายไปทั่วจักรวาล เช่นเดียวกับอนุภาคทั้งหมดในแบบจำลองมาตรฐาน ควาร์กและเลปตันที่ประกอบกันเป็นสสาร และเวคเตอร์โบซอนที่นำพาแรงต่างมีความสัมพันธ์กับสนาม
มีอนุภาคที่เรียกว่าฮิกส์โบซอนที่เกี่ยวข้องกับสนามฮิกส์ การตรวจจับฮิกส์โบซอนจะแสดงถึงความก้าวหน้าครั้งยิ่งใหญ่ในฟิสิกส์ของอนุภาค อย่างไรก็ตาม ฮิกส์เองก็รู้สึกอับอายกับชื่อเสียงที่โบซอนที่มีชื่อเดียวกันของเขานำมาให้ ในการสนทนา เขาพูดถึง “สนามฮิกส์” และ “แบบจำลองฮิกส์”
และอยากจะให้เครดิตกับนักฟิสิกส์คนอื่นๆ ที่ทำงานซึ่งทำให้เราเข้าใจในปัจจุบันเกี่ยวกับการสร้างมวลภายใน โมเดลมาตรฐาน ฮิกส์คืออะไร? ในปี พ.ศ. 2536 วิลเลียม วัลเดเกรฟ รัฐมนตรีวิทยาศาสตร์ของสหราชอาณาจักรในขณะนั้น ขอให้นักฟิสิกส์อธิบายด้วยคำง่ายๆ และอีกด้านหนึ่งของ A4
ว่าฮิกส์โบซอนคืออะไร และเหตุใดพวกเขาจึงต้องการค้นหามัน ด้วยแชมเปญวินเทจหนึ่งขวดที่นำเสนอเพื่อคำอธิบายที่ดีที่สุด นักฟิสิกส์จึงลุกขึ้นมาท้าทายด้วยการเปรียบเทียบที่มีตั้งแต่งานเลี้ยงค็อกเทลไปจนถึงอวกาศที่มี “เมล็ดพืช” เหมือนแผ่นไม้ แม้ว่าในพื้นที่นามธรรมมากกว่าพื้นที่จริง (โลกฟิสิกส์)
ในตัวอย่างหลัง อนุภาคที่เคลื่อนที่ไปกับเกรนไม่มีมวล เช่น โฟตอน ในขณะที่อนุภาคที่เคลื่อนที่ผ่านเกรนมีมวลมาก เช่น โบซอน W และ Z ทิศทางของเมล็ดข้าวในเขตฮิกส์ถูกกำหนดโดยกระบวนการที่เรียกว่าการแตกของสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง ในเอกภพยุคแรก ทุ่งฮิกส์มีลักษณะเหมือนกัน
ในทุกทิศทาง
แต่สมมาตรนี้ถูกทำลายโดยธรรมชาติหลังจากบิกแบงได้ไม่นาน เช่นเดียวกับสมมาตรที่สมบูรณ์แบบของดินสอที่ปลายดินสอจะหักโดยธรรมชาติเมื่อดินสอหล่นลงมา และกำหนดทิศทางในอวกาศ สำหรับฮิกส์ เรื่องราวของอนุภาคที่มีชื่อของเขาเริ่มต้นขึ้นในปี 2504 ไม่นานหลังจากที่เขาได้รับตำแหน่งอาจารย์
ที่เอดินเบอระ เขาเปลี่ยนมาใช้ทฤษฎีอนุภาคหลังจากได้รับปริญญาเอกเพื่อทำวิทยานิพนธ์เกี่ยวกับสเปกตรัมการสั่นของโมเลกุล จากนั้นเขาใช้เวลาหกปีย้ายไปมาระหว่างเอดินเบอระ มหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอน และกลุ่มของอับดุสซาลามที่อิมพีเรียลคอลเลจก่อนที่จะลงจอดในตำแหน่งถาวร
“ตอนที่ผมย้ายกลับไปเอดินเบอระในเดือนตุลาคม 1960 ผมไม่แน่ใจว่าจะไปที่ไหนต่อ” เขาเล่า ทุกอย่างเปลี่ยนไปในปีต่อมาเมื่อเขาอ่านบทความของโยอิจิโร นัมบุ ซึ่งมีพื้นฐานทฤษฎีของอนุภาคมูลฐานโดยเปรียบเทียบกับทฤษฎีตัวนำยิ่งยวดของ BCS “นี่คือที่มาของแนวคิดเกี่ยวกับความสมมาตรที่แตกสลาย
โดยธรรมชาติ ซึ่งเป็นวิธีสร้างมวลของอนุภาคขึ้นเป็นครั้งแรก” ฮิกส์กล่าว “แม้ว่าชื่อของฉันจะถูกโยนทิ้งไปในบริบทนี้ แต่เป็นนัมบุที่แสดงให้เห็นว่ามวลเฟอร์มิออนจะถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่คล้ายคลึงกับการก่อตัวของช่องว่างพลังงานในตัวนำยิ่งยวดได้อย่างไร”
อย่างไรก็ตาม
มีปัญหากับวิธีการ แม้ว่าการแตกตัวของสมมาตรโดยธรรมชาติจะสร้างอนุภาคที่มีมวล แต่เจฟฟรีย์ โกลด์สโตน, ซาลัม และสตีเวน ไวน์เบิร์กก็ได้แสดงให้เห็นว่ามันสร้างอนุภาคที่เรียกว่าโบซอนโกลด์สโตนที่ไม่มีมวลเช่นกัน นี่เป็นข่าวร้ายเพราะไม่มีใครรู้ว่ามีอนุภาคดังกล่าวอยู่
ความช่วยเหลืออีกครั้งมาจากชุมชนสสารควบแน่น เมื่อในปี 1963 ฟิล แอนเดอร์สันชี้ให้เห็นว่าปริมาณที่เทียบเท่ากับโบซอนของโกลด์สโตนในตัวนำยิ่งยวดอาจมีขนาดใหญ่ขึ้นได้เนื่องจากปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าของมัน แต่ข้อโต้แย้งของแอนเดอร์สันใช้ในกรณีสัมพัทธภาพหรือไม่?
ไม่ บทความกล่าวในหนังสือทบทวนทางกายภาพ ฉบับหนึ่ง ที่มาถึงเอดินเบอระกลางเดือนกรกฎาคม ใช่ ฮิกส์พูดหลังจากคิดเรื่องนี้เมื่อสุดสัปดาห์ที่ผ่านมา เรื่องราวของกระดาษสามแผ่นฮิกส์พบช่องโหว่ในการพิสูจน์ของโกลด์สโตนและเพื่อนร่วมงาน และเขียนรายงานสั้นๆ ชื่อว่า “หักสมมาตร อนุภาคไร้มวล
และสนามมาตรวัด” ซึ่งบรรณาธิการ ได้รับเมื่อวันที่ 27 กรกฎาคม ฮิกส์สามารถแสดงให้เห็นว่าการแนะนำรูปแบบสมมาตรที่ละเอียดอ่อนซึ่งเรียกว่าความไม่แปรเปลี่ยนมาตรวัดทำให้ข้อสันนิษฐานบางอย่างที่โกลด์สโตน ซาลาม และไวน์เบิร์กใช้ไม่ได้ในการพิสูจน์ของพวกเขา กระดาษที่อธิบายเรื่องนี้
มีข้อความเพียง 79 บรรทัดและสมการเพียง 5 สมการ ฮิกส์เริ่มเขียนรายงานอย่างรวดเร็ว “เอกสารฉบับแรกบอกเพียงว่าไม่มีอุปสรรคต่อทฤษฎีประเภทนี้” เขากล่าว “สิ่งที่ชัดเจนที่ต้องทำคือลองใช้ทฤษฎีมาตรวัดที่ง่ายที่สุด นั่นคือ อิเล็กโทรไดนามิกส์ เพื่อทำลายสมมาตรเพื่อดูว่าเกิดอะไรขึ้นจริง ๆ”
ฮิกส์พบว่าเขามีทฤษฎีซึ่งมีอนุภาคขนาดใหญ่ 1 อนุภาคที่หมุนได้ ซึ่งเป็นอนุภาคประเภทที่สามารถรับแรงได้ และอนุภาคมวลมากที่เหลืออีก 1 อนุภาคที่ไม่มีการหมุน อนุภาคชนิดใหม่ ซึ่งเป็นรุ่นดั้งเดิมของฮิกส์โบซอน ได้เปิดตัวแล้ว – อย่างน้อยในทางทฤษฎี วินาทีนี้ กระดาษสั้นพอ ๆ กัน
ถูกส่งไปอย่างไรก็ตาม มันถูกปฏิเสธเพราะ ตามที่ ได้ยินผ่านบุคคลที่สามในภายหลัง บรรณาธิการรู้สึกว่า “มันไม่มีความเกี่ยวข้องกับฟิสิกส์อย่างชัดเจน” ฮิกส์ตัดสินใจเขียนย่อหน้าพิเศษเกี่ยวกับแอปพลิเคชันที่เป็นไปได้สำหรับการโต้ตอบที่รุนแรง “สิ่งนี้ไม่สมจริงเป็นพิเศษ” เขาเล่า “แต่มันแสดงให้เห็นว่า
