‎เว็บตรง อนุภาคฮิกส์ใหม่แปลก ๆ อาจขโมยปฏิสสารจากจักรวาลของเรา‎

‎เว็บตรง อนุภาคฮิกส์ใหม่แปลก ๆ อาจขโมยปฏิสสารจากจักรวาลของเรา‎

‎ โดย ‎‎ ‎‎ ‎‎Paul Sutter‎‎ ‎‎ ‎‎ เผยแพร่ ‎‎24 กันยายน 2019‎ เว็บตรง ‎ทําไมจักรวาลของเราจึงหมุนวนไปด้วยสสารมากกว่าปฏิสสารคู่ที่แปลกประหลาดของมันเป็นหนึ่งในปริศนาที่น่างวยที่สุดของฟิสิกส์สมัยใหม่ ‎

‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎

‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎

‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎

‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎

‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎

When the universe was very young, almost all of the antimatter disappeared. And physicists don’t know why.

‎เมื่อจักรวาลยังเด็กมากปฏิสสารเกือบทั้งหมดก็หายไป และนักฟิสิกส์ก็ไม่รู้ว่าทําไม‎‎ ‎‎(เครดิตภาพ: ธนพลสินสรัง/iStock/เก็ตตี้อิมเมจพลัส)‎

‎เหตุใดจักรวาลของเราจึงหมุนวนไปด้วยสสารมากกว่าปฏิสสารคู่ที่แปลกประหลาด — และทําไมเราถึงมีอยู่จริง — เป็นหนึ่งในปริศนาที่น่างวยที่สุดของ‎‎ฟิสิกส์สมัยใหม่‎

‎อย่างใดเมื่อจักรวาลยังเด็กอย่างไม่น่าเชื่อ‎‎ปฏิสสารเกือบทั้งหมดก็หายไป‎‎เหลือเพียงสิ่งปกติ นักทฤษฎีได้สะกดรอยตามคําอธิบายที่เข้าใจยากมานานแล้ว และที่สําคัญกว่านั้นคือวิธีทดสอบคําอธิบายนั้นด้วยการทดลอง ‎

‎ตอนนี้นักทฤษฎีทั้งสามคนได้เสนอว่าอนุภาคสามชนิดที่เรียกว่า Higgs bosons อาจรับผิดชอบต่อการกระทําที่หายไปอย่างลึกลับของปฏิสสารในจักรวาล และพวกเขาคิดว่าพวกเขารู้วิธีหาผู้กระทําผิดที่น่าสงสัย‎

‎ลิงก์ผู้สนับสนุน‎

ติดปีกให้ธุรกิจ ง่าย ครบ จบ ในแอปเดียว โอนต่างประเทศได้ 24 ชั่วโมง 16 สกุลเงิน

Krungthai Business ง่าย ครบ จบ ในแอปเดียว

‎ที่เกี่ยวข้อง: ‎‎นอกเหนือจาก Higgs: 5 อนุภาคที่เข้าใจยากที่อาจแฝงตัวอยู่ในจักรวาล‎

‎กรณีของปฏิสสารที่หายไป‎

‎ในเกือบทุกปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคย่อยอะตอมปฏิสสาร (ซึ่งเหมือนกับสสารปกติ แต่มีประจุตรงข้าม) และสสารปกติจะถูกผลิตในการวัดที่เท่ากัน ดูเหมือนจะ‎‎เป็นความสมมาตรพื้นฐานของจักรวาล‎‎ แต่เมื่อเราออกไปดูจักรวาลเดียวกันนั้นเราแทบจะไม่เห็นปฏิสสารเลย เท่าที่นักฟิสิกส์สามารถบอกได้สําหรับทุกอนุภาคของปฏิสสารที่ยังคงแขวนอยู่รอบ ๆ มีอนุภาคประมาณหนึ่งพันล้านอนุภาคของสสารปกติทั่วจักรวาล‎

‎ความลึกลับนี้มีหลายชื่อเช่นปัญหาความไม่สมดุลของเรื่องและปัญหาความไม่สมดุลของบารีออน โดยไม่คํานึงถึงชื่อก็มีนักฟิสิกส์นิ่งงัน ณ ตอนนี้ไม่มีใครสามารถให้คําอธิบายที่สอดคล้องกันและสอดคล้องกันสําหรับการครอบงําของสสารเหนือปฏิสสารและเนื่องจากเป็นหน้าที่ของนักฟิสิกส์ที่จะอธิบายว่าธรรมชาติทํางานอย่างไรจึงเริ่มระคายเคือง‎

‎ที่เกี่ยวข้อง: ‎‎18 ความลึกลับที่ยังไม่คลี่คลายที่ใหญ่ที่สุดในฟิสิกส์‎

‎อย่างไรก็ตามธรรมชาติได้ทิ้งเบาะแสบางอย่างไว้ให้เราไขปริศนา ตัวอย่างเช่น ไม่มีหลักฐานสําหรับปฏิสสารจํานวนมากปรากฏขึ้นในสิ่งที่เรียกว่าพื้นหลังไมโครเวฟจักรวาล — ความร้อนที่เหลือจากบิกแบง ซึ่งเป็นการกําเนิดของจักรวาล นั่นแสดงให้เห็นว่าเคเปอร์เกิดขึ้นในจักรวาลยุคแรกๆ และจักรวาลยุคแรกๆ ก็เป็นสถานที่ที่ค่อนข้างบ้าคลั่ง ด้วยฟิสิกส์ที่ซับซ้อนและเข้าใจได้ไม่ดีทุกประเภทเกิดขึ้น ดังนั้นหากสสารและปฏิสสารกําลังจะแตกแยกนั่นเป็นเวลาที่ดีที่จะทํา‎

‎ตําหนิพวกฮิกส์‎

‎ในความเป็นจริงเวลาที่ดีที่สุดสําหรับปฏิสสารที่จะหายไปคือในช่วงยุคสั้น ๆ แต่วุ่นวายในจักรวาลของเราเมื่อพลังของธรรมชาติแยกออกจากกันเมื่อจักรวาลเย็นลง ‎

‎ที่พลังงานสูง (เช่นเดียวกับที่อยู่ภายในคอลลิเดอร์อนุภาค) ‎‎แรงแม่เหล็กไฟฟ้า‎‎และ‎‎แรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ‎‎จะรวมพลังของพวกเขาเข้าด้วยกันเพื่อสร้างแรงใหม่: อิเล็กโทรวีค เมื่อสิ่งต่าง ๆ เย็นลงและกลับสู่พลังงานปกติในชีวิตประจําวันอย่างไรก็ตาม electroweak จะแยกออกเป็นสองแรงที่คุ้นเคย‎

‎ด้วยพลังงานที่สูงขึ้นเช่นเดียวกับที่พบในช่วงเวลาแรกของบิกแบงเราคิดว่าพลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งผสานกับอิเล็กโทรวีคและด้วยพลังงานที่สูงขึ้นแรงโน้มถ่วงจะรวมพรรคเข้าด้วยกันเป็นพลังเดียว แต่เรายังไม่ได้คิดเลยว่าแรงโน้มถ่วงจะเข้ามาในเกมได้อย่างไร‎

‎Higgs boson‎‎ ซึ่งเสนอให้มีอยู่ในทศวรรษ 1960 แต่ไม่ได้ค้นพบจนกระทั่งปี 2012 ภายใน ‎‎Large Hadron Collider‎‎ ทํางานเพื่อแยกแรงแม่เหล็กไฟฟ้าออกจากแรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ นักฟิสิกส์ค่อนข้างมั่นใจว่าการแยกสสารปฏิสสารเกิดขึ้นก่อนที่พลังธรรมชาติทั้งสี่จะเข้าที่ในฐานะหน่วยงานของตนเอง นั่นเป็นเพราะเรามีความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับฟิสิกส์ของจักรวาลหลังการแยกตัวและการเพิ่มปฏิสสารมากเกินไปในยุคต่อมาเป็นการละเมิดการสังเกตพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล)‎

‎ด้วยเหตุนี้บางทีฮิกส์โบสันอาจมีบทบาท‎

‎แต่พวกฮิกส์เองก็ไม่สามารถตัดมันได้ ไม่มีกลไกที่รู้จักโดยใช้เพียง Higgs เพื่อทําให้เกิดความไม่สมดุลระหว่างสสารและปฏิสสาร‎

‎โชคดีที่เรื่องราวของฮิกส์อาจยังไม่จบ นักฟิสิกส์ได้พบ Higgs boson เดียวในการทดลอง collider โดยมีมวลประมาณ 125 พันล้านอิเล็กตรอนโวลต์หรือ GeV – สําหรับการอ้างอิงโปรตอนมีน้ําหนักประมาณ 1 GeV ‎

‎ปรากฎว่าฮิกส์อาจไม่ได้อยู่คนเดียว‎

‎เป็นไปได้ทั้งหมดที่จะมี ‎‎Higgs bosons ลอย‎‎อยู่รอบ ๆ ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าที่เราสามารถตรวจจับได้ในการทดลองของเราในปัจจุบัน ทุกวันนี้ Higgs ที่หนักกว่านั้นหากมีอยู่จริงจะไม่ทําอะไรมากไม่ได้มีส่วนร่วมในฟิสิกส์ใด ๆ ที่เราสามารถเข้าถึงได้ด้วยชนของเรา – เราไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะ “เปิดใช้งาน” พวกเขา แต่ในยุคแรก ๆ ของจักรวาลเมื่อพลังงานสูงขึ้นมากฮิกส์อื่น ๆ อาจถูกเปิดใช้งานและฮิกส์เหล่านั้นอาจทําให้เกิดความไม่สมดุลในปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคพื้นฐานบางอย่างซึ่งนําไปสู่ความไม่สมดุลที่ทันสมัยระหว่างสสารและปฏิสสาร‎

‎ปิด ‎

‎ไขปริศนา‎

‎ในบทความล่าสุดที่ตีพิมพ์ทางออนไลน์ในวารสาร preprint ‎‎arXiv‎‎ นักฟิสิกส์สามคนเสนอวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ที่น่าสนใจ: บางที Higgs bosons สามคน (ขนานนามว่า “Higgs Troika”) เล่นเกมมันฝรั่งร้อนในจักรวาลยุคแรกทําให้เกิดน้ําท่วมของสสารปกติ เมื่อสสารสัมผัสกับปฏิสสาร – Poof – ทั้งสองทําลายล้างและหายตัวไป‎

‎ดังนั้นกระแสสสารส่วนใหญ่นั้นจะทําลายล้างปฏิสสารทําให้พวกมันล้นหลามจนเกือบหมดสภาพในรังสีที่ท่วมท้น ในสถานการณ์นี้จะมีสสารปกติเหลืออยู่มากพอที่จะนําไปสู่จักรวาลในปัจจุบันที่เรารู้จักและรัก‎

‎โฆษณา‎

‎เพื่อให้งานนี้นักทฤษฎีเสนอทั้งสามคนรวมถึงอนุภาคฮิกส์ที่รู้จักและมือใหม่สองคนโดยแต่ละคู่นี้มีมวลประมาณ 1,000 GeV ตัวเลขนี้เป็นไปตามอําเภอใจอย่างหมดจด แต่ได้รับเลือกมาเป็นพิเศษเพื่อให้‎‎ฮิกส์สมมุติฐานนี้สามารถ‎‎ค้นพบได้กับชนกันของอนุภาครุ่นต่อไป ไม่มีประโยชน์ที่จะทํานายการมีอยู่ของอนุภาคที่ไม่สามารถตรวจจับได้‎

‎นักฟิสิกส์จึงมีความท้าทาย กลไกใดก็ตามที่ทําให้เกิดความไม่สมดุลจะต้องให้สสารได้เปรียบเหนือปฏิสสารด้วยปัจจัยหนึ่งพันล้านต่อหนึ่ง และมันมีช่วงเวลาสั้น ๆ ในจักรวาลยุคแรกๆ ที่จะทําในสิ่งนั้น เมื่อกองกําลังแตกเกมจะจบลงและฟิสิกส์อย่างที่เรารู้ว่ามันถูกล็อคเข้าที่ และกลไกนี้รวมถึง Higgs ใหม่ทั้งสองจะต้องทดสอบได้‎

‎คําตอบสั้น ๆ : พวกเขาสามารถทําได้ เป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนมาก แต่เรื่องราวที่ครอบคลุม (และทฤษฎี) เป็นเช่นนี้: ฮิกส์ใหม่สองตัวสลายตัวเป็นฝักบัวของอนุภาคในอัตราที่แตกต่างกันเล็กน้อยและมีความชอบที่แตกต่างกันเล็กน้อยสําหรับสสารมากกว่าปฏิสสาร ความแตกต่างเหล่านี้สร้างขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปและเมื่อแรงอิเล็กโทรวีคแยกตัวขึ้นมีความแตกต่างเพียงพอในประชากรอนุภาคสสาร – ปฏิสสาร “สร้างขึ้นใน” กับจักรวาลที่สสารปกติจบลงด้วยการครอบงําเหนือปฏิสสาร‎

‎แน่นอนว่านี่เป็น‎‎การแก้ปัญหาความไม่สมดุลของแบริออน‎‎ แต่นําไปสู่คําถามทันทีว่าธรรมชาติกําลังทําอะไรกับ Higgs bosons จํานวนมาก แต่เราจะทําสิ่งต่าง ๆ ทีละขั้น ‎

‎12 วัตถุที่แปลกประหลาดที่สุดในจักรวาล‎

‎จากบิ๊กแบงสู่ปัจจุบัน: ภาพรวมของจักรวาลของเราผ่านกาลเวลา‎

‎11 คําถามที่ใหญ่ที่สุดที่ยังไม่ได้รับคําตอบเกี่ยวกับสสารมืด‎

‎เผยแพร่ครั้งแรกใน ‎‎วิทยาศาสตร์สด‎‎.‎

Paul Sutter

‎ พอล ซัทเทอร์ ‎ 

‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎

‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎

‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎

‎นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์‎

‎Paul M. Sutter เป็นศาสตราจารย์วิจัยด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ SUNY Stony Brook University และสถาบัน Flatiron ในนิวยอร์กซิตี้ เขาปรากฏตัวเป็นประจําในทีวีและพอดแคสต์ รวมถึง “ถามนักบินอวกาศ” เขาเป็นผู้เขียนหนังสือสองเล่มคือ “สถานที่ของคุณในจักรวาล” และ “วิธีการตายในอวกาศ” และเป็นผู้สนับสนุนประจําของ Space.com วิทยาศาสตร์สดและอื่น ๆ พอลได้รับปริญญาเอกด้านฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ที่ Urbana-Champaign ในปี 2011 และใช้เวลาสามปีที่สถาบันฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งปารีสตามด้วยทุนวิจัยใน Trieste ประเทศอิตาลี ‎ เว็บตรง