ฮิกส์โบซอน

Q: ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ไม่มีชื่อบทความ

อนุภาค ฮิกส์โบซอน บางครั้งเรียกว่า อนุภาค ฮิกส์ [ 9 ] [ 10 ] เป็น อนุภาคพื้นฐาน ใน แบบจำลองมาตรฐาน ของ ฟิสิกส์อนุภาค ที่เกิดจาก การกระตุ้นควอนตัม ของ สนามฮิกส์ [ 11 ] [ 12 ] ซึ่ง..

อนุภาคฮิกส์โบซอนบางครั้งเรียกว่า^{อนุภาค}ฮิกส์ [ ⁹^]^[¹⁰^]เป็นอนุภาคพื้นฐานในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคที่เกิดจากการกระตุ้นควอนตัมของสนามฮิกส์ [ ¹¹^]^[¹²^]^ซึ่งเป็นหนึ่งในสนามในทฤษฎีฟิสิกส์อนุภาค^[¹²^]ในแบบจำลองมาตรฐาน อนุภาคฮิกส์เป็นโบซอนสเกลาร์มวล มาก ที่จับคู่ (มีปฏิสัมพันธ์กับ) อนุภาคที่มีมวลเกิดจากปฏิสัมพันธ์กับสนามฮิกส์ มีสปิน เป็น ศูนย์ พาริตีคู่ (บวก) ไม่มีประจุไฟฟ้าและไม่มีประจุสี^[¹³^]นอกจากนี้ยังไม่เสถียรมากสลายตัวเป็นอนุภาคอื่นเกือบจะทันทีหลังจากถูกสร้างขึ้น

สนามฮิกส์เป็นสนามสเกลาร์ที่มีส่วนประกอบที่เป็นกลางสองส่วนและส่วนประกอบที่มีประจุไฟฟ้าสองส่วนซึ่งก่อตัวเป็นคู่ที่ ซับซ้อน ของ สมมาตร ไอโซสปินอ่อน SU(2) ศักยภาพ " หมวกปีกกว้าง " ของมันทำให้มีค่าไม่เป็นศูนย์ทุกที่ (รวมถึงพื้นที่ว่างเปล่า) ซึ่งทำลายสมมาตรไอโซสปินอ่อนของปฏิสัมพันธ์อิเล็กโทรวีคและผ่านกลไกของฮิกส์ทำให้อนุภาคพื้นฐานที่มีมวลทั้งหมดของแบบจำลองมาตรฐาน รวมถึงโบซอนฮิกส์เอง มีมวลนิ่ง การมีอยู่ของสนามฮิกส์กลายเป็นส่วนที่ไม่ได้รับการตรวจสอบส่วนสุดท้ายของแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค และเป็นเวลาหลายทศวรรษที่ถือว่าเป็น "ปัญหาหลักในฟิสิกส์อนุภาค" ^{[ 14 ]}^{[ 15 ]}

ทั้งสนามและโบซอนได้รับการตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ปีเตอร์ ฮิกส์ซึ่งในปี 1964 ร่วมกับนักวิทยาศาสตร์อีก 5 คนใน 3 ทีม ได้เสนอแนวคิดกลไกฮิกส์ซึ่งเป็นวิธีที่อนุภาคบางชนิดสามารถมีมวลได้อนุภาคพื้นฐานทั้งหมดที่รู้จักในขณะนั้น^{[ c ]}ควรจะไม่มีมวลที่พลังงานสูงมาก แต่การอธิบายอย่างสมบูรณ์ว่าอนุภาคบางชนิดได้รับมวลที่พลังงานต่ำกว่าได้อย่างไรนั้นเป็นเรื่องยากมาก หากแนวคิดเหล่านี้ถูกต้อง อนุภาคที่เรียกว่าโบซอนสเกลาร์ (ที่มีคุณสมบัติบางอย่าง) ก็ควรมีอยู่ด้วย อนุภาคนี้เรียกว่าโบซอนฮิกส์และสามารถใช้ทดสอบได้ว่าสนามฮิกส์เป็นคำอธิบายที่ถูกต้องหรือไม่

หลังจากการค้นหานาน 40 ปีอนุภาคย่อยอะตอมที่มีคุณสมบัติตามที่คาดไว้ก็ถูกค้นพบในปี 2012 โดย การทดลอง ATLASและCMSที่เครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ (LHC) ที่CERNใกล้เมืองเจนีวาประเทศสวิตเซอร์แลนด์ อนุภาคใหม่นี้ได้รับการยืนยันในภายหลังว่าตรงกับคุณสมบัติที่คาดไว้ของอนุภาคฮิกส์ นักฟิสิกส์จากสองในสามทีม ได้แก่ปีเตอร์ ฮิกส์และฟรองซัวส์ อิงเกลอร์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2013 จากการทำนายทางทฤษฎีของพวกเขา แม้ว่าชื่อของฮิกส์จะเกี่ยวข้องกับทฤษฎีนี้ แต่มีนักวิจัยหลายคนระหว่างปี 1960 ถึง 1972 ได้พัฒนาส่วนต่างๆ ของทฤษฎีนี้โดยอิสระ

ในสื่อต่างๆ อนุภาคฮิกส์มักถูกเรียกว่า " อนุภาคพระเจ้า " ตามหนังสือThe God Particle ปี 1993 โดยLeon M. Lederman ผู้ได้รับรางวัลโนเบล ชื่อนี้ได้รับการวิพากษ์วิจารณ์จากนักฟิสิกส์^{[ 16 ]}^{[ 17 ]}รวมถึง Peter Higgs ^{[ 18 ]}

การแนะนำ

รุ่นมาตรฐาน

นักฟิสิกส์อธิบายอนุภาคและแรงพื้นฐานของจักรวาลในแง่ของแบบจำลองมาตรฐานซึ่งเป็นกรอบการทำงานที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางโดยอิงจากทฤษฎีสนามควอนตัมที่ทำนายอนุภาคและแรงที่รู้จักเกือบทั้งหมด ยกเว้นแรงโน้มถ่วงด้วยความแม่นยำสูง (ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปใช้สำหรับแรงโน้มถ่วงโดยเฉพาะ) ในแบบจำลองมาตรฐาน อนุภาคและแรงในธรรมชาติ (ยกเว้นแรงโน้มถ่วง) เกิดจากคุณสมบัติของสนามควอนตัมที่เรียกว่าความไม่แปรเปลี่ยนของเกจและสมมาตรแรงในแบบจำลองมาตรฐานถูกส่งผ่านโดยอนุภาคที่เรียกว่าเกจโบซอน^{[ 19 ]}^{[ 20 ]}

ทฤษฎีและสมมาตรที่ไม่ขึ้นกับเกจ

"การกล่าวว่าฟิสิกส์เป็นการศึกษาสมมาตรนั้นเป็นการกล่าวเกินจริงไปเล็กน้อย" – ฟิลิป แอนเดอร์สันผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์^{[ 21 ]}

ทฤษฎีที่ไม่ขึ้นกับเกจคือทฤษฎีที่มีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์อย่างหนึ่ง คือ การเปลี่ยนแปลงปริมาณบางอย่างจะไม่ส่งผลต่อผลการทดลอง ตัวอย่างเช่น การเพิ่มศักย์ไฟฟ้าของแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้น 100 โวลต์ จะไม่ทำให้ สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้น เปลี่ยนแปลงไป ในทำนอง เดียวกัน ความเร็วแสง ที่วัดได้ ในสุญญากาศยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ไม่ว่าจะอยู่ที่ใดในเวลาและอวกาศ และไม่ว่าสนามโน้มถ่วง ในบริเวณนั้น จะ เป็นอย่างไรก็ตาม

ในทฤษฎีเหล่านี้ เกจคือปริมาณที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยไม่มีผลกระทบใดๆ ความเป็นอิสระของผลลัพธ์จากการเปลี่ยนแปลงบางอย่างนี้เรียกว่า ความไม่แปรเปลี่ยนภายใต้เกจ (gauge invariance) และการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้สะท้อนถึงสมมาตรของฟิสิกส์พื้นฐาน สมมาตรเหล่านี้ให้ข้อจำกัดเกี่ยวกับแรงพื้นฐานและอนุภาคของโลกทางกายภาพ ดังนั้น ความไม่แปรเปลี่ยนภายใต้เกจจึงเป็นคุณสมบัติที่สำคัญในทฤษฎีฟิสิกส์อนุภาค สมมาตรของเกจมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับกฎการอนุรักษ์และอธิบายทางคณิตศาสตร์โดยใช้ทฤษฎีกลุ่มทฤษฎีสนามควอนตัมและแบบจำลองมาตรฐานต่างก็เป็นทฤษฎีที่ไม่แปรเปลี่ยนภายใต้เกจ ซึ่งหมายความว่าสมมาตรของเกจช่วยให้สามารถอนุมานคุณสมบัติของจักรวาลได้ทางทฤษฎี

ปัญหาของมวลนิ่งของเกจโบซอน

ทฤษฎีสนามควอนตัมที่อิงตามความไม่แปรเปลี่ยนภายใต้การแปลงเกจได้รับการใช้ประสบความสำเร็จอย่างมากในการทำความเข้าใจแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์แบบแรงแต่ในช่วงประมาณปี 1960 ความพยายามทั้งหมดในการสร้าง ทฤษฎี ที่ไม่แปรเปลี่ยนภายใต้การแปลงเกจสำหรับแรงอ่อน (และการรวมกันของแรงอ่อนกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเรียกรวมกันว่าปฏิสัมพันธ์อิเล็กโทรวีค ) ล้มเหลวอย่างต่อเนื่อง ผลจากความล้มเหลวเหล่านี้ทำให้ทฤษฎีเกจเริ่มเสื่อมเสียชื่อเสียง ปัญหาคือข้อกำหนดสมมาตรสำหรับแรงทั้งสองนี้ทำนายผิดพลาดว่าโบซอนเกจของแรงอ่อน ( W และ Z ) จะมีมวลเป็นศูนย์ (ในศัพท์เฉพาะของฟิสิกส์อนุภาค "มวล" หมายถึง มวลนิ่งของอนุภาคโดยเฉพาะ) แต่การทดลองแสดงให้เห็นว่าโบซอนเกจ W และ Z มีมวล (นิ่ง) ที่ไม่เป็นศูนย์^{[ 22 ]}

นอกจากนี้ วิธีแก้ปัญหาที่ดูมีแนวโน้มดีหลายวิธีดูเหมือนจะต้องการอนุภาคพิเศษที่เรียกว่าโบซอนโกลด์สโตนแต่หลักฐานกลับบ่งชี้ว่าอนุภาคเหล่านี้ไม่มีอยู่จริง ซึ่งหมายความว่า ความไม่แปรเปลี่ยนภายใต้การแปลงเกจอาจเป็นแนวทางที่ไม่ถูกต้อง หรือมีบางสิ่งที่ไม่รู้จักที่ทำให้โบซอน W และ Z ของแรงอ่อนมีมวล และเกิดขึ้นในลักษณะที่ไม่บ่งบอกถึงการมีอยู่ของโบซอนโกลด์สโตน ในช่วงปลายทศวรรษ 1950 และต้นทศวรรษ 1960 นักฟิสิกส์ต่างหมดหนทางที่จะแก้ไขปัญหาเหล่านี้ หรือสร้างทฤษฎีที่ครอบคลุมสำหรับฟิสิกส์อนุภาค

การทำลายสมมาตร

ในช่วงปลายทศวรรษ 1950 โยอิจิโร นัมบุ ตระหนักว่าการทำลายสมมาตรโดยธรรมชาติซึ่งเป็นกระบวนการที่ระบบสมมาตรกลายเป็นอสมมาตร สามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ^{[ d ]}การทำลายสมมาตรคือเมื่อตัวแปรบางตัวมีค่าที่ไม่สะท้อนถึงสมมาตรที่กฎพื้นฐานมี เช่น เมื่อพื้นที่ของการกำหนดค่าที่เสถียรทั้งหมดมีสมมาตรที่กำหนด แต่การกำหนดค่าที่เสถียรแต่ละรายการไม่มีสมมาตรนั้น^{[ e ]}ในปี 1962 ฟิลิป แอนเดอร์สัน นักฟิสิกส์ ผู้เชี่ยวชาญด้านฟิสิกส์สสารควบแน่นสังเกตว่าการทำลายสมมาตรมีบทบาทในสภาพนำยิ่งยวดและเสนอแนะว่ามันอาจเป็นส่วนหนึ่งของคำตอบสำหรับปัญหาความไม่แปรผันของเกจในฟิสิกส์อนุภาคด้วย

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แอนเดอร์สันเสนอว่าโบซอนโกลด์สโตนที่จะเกิดขึ้นจากการทำลายสมมาตรอาจถูก "ดูดซับ" ^{[ f ]}โดยโบซอน W และ Z ที่ไม่มีมวลในบางสถานการณ์ หากเป็นเช่นนั้น โบซอนโกลด์สโตนอาจไม่มีอยู่จริง และโบซอน W และ Z อาจได้รับมวลซึ่งจะช่วยแก้ปัญหาทั้งสองอย่างได้ในคราวเดียว พฤติกรรมที่คล้ายกันนี้ได้รับการตั้งทฤษฎีไว้แล้วในสภาพนำยิ่งยวด^{[ 23 ]} ในปี พ.ศ. 2507 นักฟิสิกส์ อับราฮัม ไคลน์และเบนจามิน ลีได้แสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้เป็นไปได้ในทางทฤษฎีอย่างน้อยก็ในบางกรณีที่จำกัด ( ไม่ใช่เชิงสัมพัทธภาพ ) ^{[ 24 ]}

กลไกฮิกส์

จากเอกสารในปี พ.ศ. 2506 ^{[ 25 ]}และต้นปี พ.ศ. 2507 ^{[ 24 ]}นักวิจัยสามกลุ่มได้พัฒนาทฤษฎีเหล่านี้ให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้นโดยอิสระ ซึ่งต่อมาเป็นที่รู้จักกันในชื่อเอกสารการทำลายสมมาตร PRL ปี พ.ศ. 2507 ทั้งสามกลุ่มได้ข้อสรุปที่คล้ายคลึงกันและครอบคลุมทุกกรณี ไม่ใช่แค่บางกรณีที่จำกัด พวกเขาแสดงให้เห็นว่าเงื่อนไขสำหรับสมมาตรอิเล็กโทรวีคจะ "ถูกทำลาย" หากมี สนามชนิดผิดปกติอยู่ทั่วทั้งจักรวาล และในความเป็นจริง จะไม่มีโบซอนโกลด์สโตน และโบซอนที่มีอยู่บางส่วนจะได้รับมวล

สนามที่จำเป็นสำหรับการเกิดปรากฏการณ์นี้ (ซึ่งในขณะนั้นเป็นเพียงสมมติฐาน) ได้กลายเป็นที่รู้จักในชื่อสนามฮิกส์ (ตั้งชื่อตามปีเตอร์ ฮิกส์หนึ่งในนักวิจัย) และกลไกที่นำไปสู่การทำลายสมมาตรได้กลายเป็นที่รู้จักในชื่อกลไกฮิกส์คุณสมบัติสำคัญของสนามที่จำเป็นนี้คือ สนามจะมี พลังงาน น้อยกว่าเมื่อมีค่าไม่เป็นศูนย์เมื่อเทียบกับเมื่อมีค่าเป็นศูนย์ ซึ่งแตกต่างจากสนามอื่นๆ ที่รู้จักทั้งหมด ดังนั้น สนามฮิกส์จึงมีค่าไม่เป็นศูนย์ (หรือค่าคาดหวังสุญญากาศ ) ทุกที่ ค่าที่ไม่เป็นศูนย์นี้ในทางทฤษฎีสามารถทำลายสมมาตรอิเล็กโทรวีคได้ นี่เป็นข้อเสนอแรกที่สามารถแสดงให้เห็นภายในทฤษฎีเกจอินแวเรียนต์ว่า โบซอนเกจแรงอ่อนสามารถมีมวลได้อย่างไร แม้ว่าจะมีสมมาตรที่ควบคุมอยู่ก็ตาม

แม้ว่าแนวคิดเหล่านี้จะไม่ได้รับการสนับสนุนหรือความสนใจมากนักในตอนแรก แต่ในปี 1972 แนวคิดเหล่านี้ได้รับการพัฒนาเป็นทฤษฎีที่ครอบคลุมและให้ผลลัพธ์ที่ "สมเหตุสมผล"ซึ่งอธิบายอนุภาคที่รู้จักในขณะนั้นได้อย่างแม่นยำ และยังทำนายอนุภาคอื่นๆ อีกหลายชนิดที่ถูกค้นพบในช่วงหลายปีต่อมาได้อย่าง แม่นยำเป็นพิเศษ ^{[ g ]}ในช่วงทศวรรษ 1970 ทฤษฎีเหล่านี้ได้กลายเป็นแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค อย่างรวดเร็ว

สนามฮิกส์

เพื่อให้เกิดการทำลายสมมาตร แบบจำลองมาตรฐานจึงรวมสนามชนิดที่จำเป็นต่อการ "ทำลาย" สมมาตรอิเล็กโทรวีคและทำให้อนุภาคมีมวลที่ถูกต้อง สนามนี้ซึ่งต่อมาเป็นที่รู้จักในชื่อสนามฮิกส์ ถูกตั้งสมมติฐานว่ามีอยู่ทั่วทั้งอวกาศ และทำลายกฎสมมาตรบางประการของปฏิสัมพันธ์อิเล็กโทรวีคทำให้เกิดกลไกฮิกส์ ดังนั้นมันจะทำให้โบซอนเกจ W และ Z ของแรงอ่อนมีมวลที่อุณหภูมิทั้งหมดต่ำกว่าค่าที่สูงมาก^{[ h ]}เมื่อโบซอนของแรงอ่อนได้รับมวล สิ่งนี้จะส่งผลต่อระยะทางที่พวกมันสามารถเดินทางได้อย่างอิสระ ซึ่งจะสั้นลงมาก สอดคล้องกับการค้นพบจากการทดลองเช่นกัน^{[ i ]}นอกจากนี้ ต่อมายังพบว่าสนามเดียวกันนี้ยังสามารถอธิบายได้ในอีกวิธีหนึ่งว่าทำไมองค์ประกอบพื้นฐานอื่นๆ ของสสาร (รวมถึงอิเล็กตรอนและควาร์ก ) จึงมีมวล

แตกต่างจากสนามอื่นๆ ที่รู้จักกันทั้งหมด เช่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสนามฮิกส์เป็นสนามสเกลาร์และมีค่าเฉลี่ยที่ไม่เป็นศูนย์ในสุญญากาศ

"ปัญหาหลัก"

ก่อนการค้นพบอนุภาคฮิกส์ ไม่มีหลักฐานโดยตรงว่าสนามฮิกส์มีอยู่จริง แต่ถึงแม้จะไม่มีหลักฐานโดยตรง ความแม่นยำของการคาดการณ์ภายในแบบจำลองมาตรฐานทำให้เหล่านักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าทฤษฎีนี้อาจถูกต้อง ในช่วงทศวรรษ 1980 คำถามที่ว่าสนามฮิกส์มีอยู่จริงหรือไม่ และแบบจำลองมาตรฐานทั้งหมดถูกต้องหรือไม่ ถือเป็นหนึ่งในคำถามสำคัญที่สุดที่ยังไม่มีคำตอบในฟิสิกส์อนุภาคการมีอยู่ของสนามฮิกส์กลายเป็นส่วนสุดท้ายที่ยังไม่ได้รับการตรวจสอบของแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค และเป็นเวลาหลายทศวรรษที่ถูกพิจารณาว่าเป็น "ปัญหาหลักในฟิสิกส์อนุภาค" ^{[ 14 ]}^{[ 15 ]}

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิทยาศาสตร์ไม่มีวิธีใดที่จะระบุได้ว่าสนามฮิกส์มีอยู่จริงหรือไม่ เนื่องจากเทคโนโลยีที่จำเป็นสำหรับการตรวจจับยังไม่มีอยู่ในขณะนั้น หากสนามฮิกส์มีอยู่จริง มันก็จะแตกต่างจากสนามพื้นฐานอื่นๆ ที่รู้จัก แต่ก็เป็นไปได้เช่นกันว่าแนวคิดหลักเหล่านี้ หรือแม้แต่แบบจำลองมาตรฐานทั้งหมด อาจไม่ถูกต้องด้วยเหตุผลบางประการ^{[ j ]}

ทฤษฎีฮิกส์ที่ตั้งสมมติฐานไว้ได้ทำนายสิ่งสำคัญหลายประการ^{[ g ]}^{[ 27 ]}^{: 22}การทำนายที่สำคัญประการหนึ่งคืออนุภาค ที่ตรงกัน ที่เรียกว่าฮิกส์โบซอนควรมีอยู่ด้วย การพิสูจน์การมีอยู่ของฮิกส์โบซอนจะพิสูจน์การมีอยู่ของสนามฮิกส์ และในที่สุดก็พิสูจน์แบบจำลองมาตรฐานได้ ดังนั้นจึงมีการค้นหาฮิกส์โบซอน อย่างกว้างขวาง เพื่อเป็นวิธีพิสูจน์ว่าสนามฮิกส์มีอยู่จริง^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}

การค้นหาและการค้นพบ

แม้ว่าสนามฮิกส์จะมีอยู่และมีค่าไม่เป็นศูนย์ทุกที่ แต่การพิสูจน์การมีอยู่ของมันนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายเลย ในทางทฤษฎีแล้ว สามารถพิสูจน์การมีอยู่ของมันได้โดยการตรวจจับการกระตุ้น ของมัน ซึ่งปรากฏออกมาเป็นอนุภาคฮิกส์ (โบซอนฮิกส์) แต่การผลิตและการตรวจจับอนุภาคเหล่านี้ทำได้ยากมาก เนื่องจากต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการผลิต และการผลิตก็เกิดขึ้นได้ยากมาก แม้ว่าจะมีพลังงานเพียงพอ ดังนั้นจึงต้องใช้เวลาหลายทศวรรษกว่าจะพบหลักฐานแรกของโบซอนฮิกส์เครื่องเร่งอนุภาคเครื่องตรวจจับ และคอมพิวเตอร์ที่สามารถค้นหาโบซอนฮิกส์ได้นั้นใช้เวลาพัฒนา กว่า 30 ปี( ประมาณปี1980–2010 ) ความสำคัญของ คำถามพื้นฐาน นี้ ทำให้เกิดการค้นหานาน 40 ปี และการสร้าง สิ่งอำนวยความสะดวกในการทดลองที่แพงและซับซ้อนที่สุดแห่งหนึ่งของโลกในปัจจุบัน นั่นคือเครื่องเร่งอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ (LHC) ของCERN ^[²⁸^]เพื่อพยายามสร้างโบซอนฮิกส์และอนุภาคอื่นๆ เพื่อการสังเกตและการศึกษา

เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2555 มีการค้นพบอนุภาคใหม่ที่มีมวลระหว่างมีการประกาศ 125 และ 127 GeV/ c² นักฟิสิกส์สงสัยว่ามันคืออนุภาคฮิกส์^{[ 29 ]}^{[ k ]}^{[ 30 ]}^{[ 31 ]}ตั้งแต่นั้นมา อนุภาคนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีพฤติกรรม ปฏิสัมพันธ์ และสลายตัวในหลายๆ รูปแบบตามที่แบบจำลองมาตรฐานทำนายไว้สำหรับอนุภาคฮิกส์ รวมถึงการมี^พาริตีคู่และสปินเป็น ศูนย์ ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} ซึ่งเป็น คุณสมบัติพื้นฐานสองประการของอนุภาคฮิกส์ นอกจากนี้ยังหมายความว่ามันเป็นอนุภาคสเกลาร์ พื้นฐานตัวแรก ที่ถูกค้นพบในธรรมชาติ^{[ 32 ]}

ภายในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2556 การมีอยู่ของอนุภาคฮิกส์ได้รับการยืนยันแล้ว ดังนั้นแนวคิดเกี่ยวกับสนามฮิกส์บางประเภททั่วทั้งอวกาศจึงได้รับการสนับสนุนอย่างมาก^{[ 29 ]}^{[ 31 ]}^{[ 7 ]}การมีอยู่ของสนามซึ่งได้รับการยืนยันจากการทดลอง อธิบายว่าทำไมอนุภาคพื้นฐานบางชนิดจึงมีมวล (ขณะหยุดนิ่ง)แม้ว่าสมมาตรที่ควบคุมปฏิสัมพันธ์ของพวกมันจะบ่งชี้ว่าพวกมันควรจะ "ไม่มีมวล" นอกจากนี้ยังช่วยแก้ปัญหาที่ค้างคามานานหลายประการ เช่น เหตุผลที่อนุภาคโบซอนของแรงอ่อน เดินทางเป็นระยะทางสั้นมาก และด้วยเหตุนี้แรงอ่อนจึงมีระยะทำการสั้นมาก ณ ปี พ.ศ. 2561 การวิจัยเชิงลึกแสดงให้เห็นว่าอนุภาคยังคงมีพฤติกรรมสอดคล้องกับการคาดการณ์สำหรับอนุภาคฮิกส์ของแบบจำลองมาตรฐาน จำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อตรวจสอบด้วยความแม่นยำที่สูงขึ้นว่าอนุภาคที่ค้นพบมีคุณสมบัติทั้งหมดตามที่คาดการณ์ไว้หรือไม่ หรือว่าตามที่ทฤษฎีบางทฤษฎีอธิบายไว้ มีอนุภาคฮิกส์หลายตัวอยู่จริงหรือไม่^{[ 33 ]}

ลักษณะและคุณสมบัติของสนามนี้กำลังได้รับการตรวจสอบเพิ่มเติมโดยใช้ข้อมูลเพิ่มเติมที่รวบรวมได้ที่ LHC ^{[ 34 ]}

การตีความ

มีการใช้ การเปรียบเทียบหลายอย่าง เพื่ออธิบายสนามฮิกส์และโบซอน รวมถึงการเปรียบเทียบกับปรากฏการณ์การทำลายสมมาตรที่ รู้จักกันดี เช่นรุ้งและปริซึม สนามไฟฟ้าและระลอกคลื่นบนผิวน้ำ

การเปรียบเทียบอื่นๆ ที่อิงตามแรงต้านของวัตถุขนาดใหญ่ที่เคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง (เช่น คนที่เคลื่อนที่ผ่านฝูงชน หรือวัตถุบางอย่างที่เคลื่อนที่ผ่านน้ำเชื่อมหรือกากน้ำตาล ) มักถูกนำมาใช้ แต่การเปรียบเทียบเช่นนี้มักทำให้เข้าใจผิด เนื่องจากสนามฮิกส์ไม่ได้ต้านทานอนุภาคจริงๆ และผลของมวลไม่ได้เกิดจากแรงต้าน

ภาพรวมของอนุภาคฮิกส์และคุณสมบัติของสนาม

ในแบบจำลองมาตรฐานอนุภาคฮิกส์ เป็นอนุภาคสเกลาร์ที่ มี มวล ซึ่งมวลของมันต้องหาได้จากการทดลอง มวลของมันได้รับการกำหนดไว้แล้วว่า...125.35 ± 0.15 GeV/ c ²โดย CMS (2022) ^{[ 35 ]}และ125.11 ± 0.11 GeV/ c ²โดย ATLAS (2023) เป็นอนุภาคเดียวที่ยังคงมีมวลแม้ที่พลังงานสูงมาก มีสปิน เป็นศูนย์ พาริ ตีคู่ (บวก) ไม่มีประจุไฟฟ้าไม่มีประจุสีและมีการเชื่อมโยงกับ (มีปฏิสัมพันธ์กับ) มวล^{[ 13 ]}นอกจากนี้ยังไม่เสถียรมากสลายตัวเป็นอนุภาคอื่นเกือบจะทันทีผ่านเส้นทางที่เป็นไปได้หลายเส้นทาง

สนามฮิกส์เป็นสนามสเกลาร์ที่มีส่วนประกอบที่เป็นกลาง 2 ส่วนและส่วนประกอบที่มีประจุไฟฟ้า 2 ส่วนซึ่งก่อตัวเป็นคู่ เชิงซ้อน ของ สมมาตร ไอโซสปินอ่อน SU(2) แตกต่างจากสนามควอนตัมอื่นๆ ที่รู้จัก มันมีศักยภาพแบบหมวกปีกกว้างรูปร่างนี้หมายความว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเปลี่ยนผ่านที่สูงมากของ159.5 ± 1.5 GeV/ k ^{[ 36 ]}เช่นเดียวกับที่เห็น ในช่วง พิโควินาทีแรก(10 ⁻¹² วินาที) ของบิ๊กแบงสนามฮิกส์ในสถานะพื้นฐานจะมีพลังงานน้อยลงเมื่อไม่เป็นศูนย์ ส่งผลให้ค่าคาดหวังสุญญากาศ ไม่เป็นศูนย์ ดังนั้น ในเอกภพปัจจุบัน สนามฮิกส์จึงมีค่าไม่เป็นศูนย์ทุกที่ (รวมถึงในพื้นที่ว่างเปล่า) ค่าที่ไม่เป็นศูนย์นี้จะทำลายสมมาตรไอโซสปินอ่อน SU(2) ของปฏิสัมพันธ์อิเล็กโทรวีคทุกที่ (ในทางเทคนิค ค่าคาดหวังที่ไม่เป็นศูนย์จะแปลง เทอม คู่ควบยู กาวะ ของลากรางเจียน ให้เป็นเทอมมวล) เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น ส่วนประกอบสามส่วนของสนามฮิกส์จะถูก "ดูดซับ" โดย โบซอนเกจ SU(2) และ U(1) ( กลไกฮิกส์ ) เพื่อกลายเป็นส่วนประกอบตามยาวของโบซอน W และ Z ที่มีมวลของแรงอ่อนส่วนประกอบที่เป็นกลางทางไฟฟ้าที่เหลืออยู่จะปรากฏเป็นฮิกส์โบซอน หรืออาจจับคู่แยกต่างหากกับอนุภาคอื่นที่เรียกว่าเฟอร์มิออน (ผ่านการจับคู่แบบยูกาวะ) ทำให้อนุภาคเหล่านี้ได้รับมวลเช่นกัน^[³⁷^]

แม้ว่าความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติหลายอย่างของอนุภาคฮิกส์จะก้าวหน้าไปอย่างมากนับตั้งแต่การค้นพบ แต่ค่าสัมประสิทธิ์การเชื่อมต่อตัวเอง (self-coupling) ของอนุภาคฮิกส์ยังคงไม่ได้รับการวัดอย่างแม่นยำ รูปทรงของศักยภาพฮิกส์ในแบบจำลองมาตรฐานประกอบด้วยค่าสัมประสิทธิ์การเชื่อมต่อตัวเองทั้งแบบไตรเชิงเส้นและควอติก ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจรูปทรงที่สมบูรณ์ของศักยภาพและธรรมชาติของสนามฮิกส์และ EWSB การผลิตอนุภาคฮิกส์คู่เป็นวิธีการทดลองโดยตรงในการตรวจสอบค่าสัมประสิทธิ์การเชื่อมต่อตัวเอง λ ที่ระดับพลังงานอิเล็กโทรวีค

ความสำคัญ

หลักฐานเกี่ยวกับสนามฮิกส์และคุณสมบัติของมันมีความสำคัญอย่างยิ่งด้วยเหตุผลหลายประการ ความสำคัญหลักของโบซอนฮิกส์คือมันทำให้กลไกที่โบซอนอิเล็กโทรวีคหนักได้รับมวลสมบูรณ์ และโชคดีที่มวลนั้นอยู่ในระดับที่สามารถตรวจสอบได้โดยใช้เทคโนโลยีการทดลองที่มีอยู่ เพื่อยืนยันและศึกษาทฤษฎีสนามฮิกส์ทั้งหมด^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}ในทางกลับกัน หลักฐานที่ว่าสนามและโบซอนฮิกส์ไม่มีอยู่ในช่วงมวลที่คาดไว้ก็มีความสำคัญเช่นกัน

ฟิสิกส์อนุภาค

การตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองมาตรฐาน

อนุภาคฮิกส์ยืนยัน กลไก การสร้างมวลของ อนุภาคโบซอนอ่อน ตามแบบจำลองมาตรฐานและสามารถให้มวลแก่อนุภาคเฟอร์มิออนได้ เมื่อมีการวัดคุณสมบัติของอนุภาคฮิกส์อย่างแม่นยำมากขึ้น อาจมีการเสนอหรือตัดความเป็นไปได้ของการขยายแบบจำลองขั้นสูงออกไป เมื่อมีการพัฒนาวิธีการทดลองเพื่อวัดพฤติกรรมและการปฏิสัมพันธ์ของสนามฮิกส์ สนามพื้นฐานนี้ก็อาจเข้าใจได้ดียิ่งขึ้น หากไม่มีการค้นพบอนุภาคฮิกส์ แบบจำลองมาตรฐานก็จะต้องได้รับการแก้ไขหรือถูกแทนที่

ในทำนองเดียวกัน นักฟิสิกส์หลายคนเชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าอาจมีฟิสิกส์ "ใหม่" ที่อยู่นอกเหนือแบบจำลองมาตรฐานและแบบจำลองมาตรฐานจะได้รับการขยายหรือถูกแทนที่ในที่สุด การค้นพบอนุภาคฮิกส์ รวมถึงการชนกันที่วัดได้มากมายที่เกิดขึ้นที่ LHC ทำให้นักฟิสิกส์มีเครื่องมือที่ละเอียดอ่อนในการค้นหาหลักฐานใด ๆ ที่บ่งชี้ถึงความล้มเหลวของแบบจำลองมาตรฐาน และอาจเป็นหลักฐานสำคัญที่จะชี้นำนักวิจัยไปสู่การพัฒนาทฤษฎีในอนาคต

การแตกสมมาตรของอันตรกิริยาอิเล็กโทรวีค

ที่อุณหภูมิต่ำมากการแตกสมมาตรของแรงไฟฟ้าอ่อนทำให้ปฏิกิริยาแรงไฟฟ้า อ่อนปรากฏออกมาบางส่วนในรูปของ แรงอ่อนระยะสั้นซึ่งถูกส่งผ่านโดยอนุภาคเกจโบซอนที่ มีมวล ในประวัติศาสตร์ของจักรวาลเชื่อกันว่าการแตกสมมาตรของแรงไฟฟ้าอ่อนเกิดขึ้นประมาณ1 พิโควินาที (10⁻¹² ^{วินาที} )หลังจากการระเบิดครั้งใหญ่เมื่อจักรวาลมีอุณหภูมิสูงมาก159.5 ± 1.5 GeV/ k . ^{[ 38 ]}การทำลายสมมาตรนี้จำเป็นสำหรับ การก่อตัว ของอะตอมและโครงสร้างอื่นๆ เช่นเดียวกับปฏิกิริยานิวเคลียร์ในดาวฤกษ์ เช่นดวงอาทิตย์สนามฮิกส์เป็นผู้รับผิดชอบต่อการทำลายสมมาตรนี้

การได้มาซึ่งมวลอนุภาค

สนามฮิกส์มีบทบาทสำคัญในการสร้างมวลของควาร์กและเลปตอน ที่มีประจุ (ผ่านการเชื่อมโยงแบบยูกาวะ) และโบซอนเกจ W และ Z (ผ่านกลไกฮิกส์) แม้ว่าการสร้างมวลสำหรับโบซอนแบบอ่อนจะเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดก็ตาม การให้เงื่อนไขในลากรางเจียนของแบบจำลองมาตรฐานที่ช่วยให้สามารถสร้างมวลของเฟอร์มิออนได้นั้นเป็นผลพลอยได้ที่มีประโยชน์ แต่มีความสำคัญน้อยกว่า มวลของเฟอร์มิออนจะต้องป้อนด้วยตนเอง ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นการกำหนดความแข็งแรงสัมพัทธ์ของการเชื่อมโยงของเฟอร์มิออนกับสนามฮิกส์

สนามฮิกส์ไม่ได้ "สร้าง" มวลขึ้นมาจากความว่างเปล่าและสนามฮิกส์ก็ไม่ได้เป็นต้นเหตุของมวลของอนุภาคทั้งหมด ตัวอย่างเช่น ประมาณ 99% ของมวลของแบริออน ( อนุภาคประกอบเช่นโปรตอนและนิวตรอน ) เกิดจากพลังงานยึดเหนี่ยวควอนตัมโครโมไดนามิกซึ่งเป็นผลรวมของพลังงานจลน์ของควาร์กและพลังงาน ของ กลูออนไร้มวลที่ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในปฏิสัมพันธ์อันแรงกล้าภายในแบริออน^{[ 39 ]}ในทฤษฎีที่อิงตามฮิกส์ คุณสมบัติของ "มวล" เป็นการแสดงออกของพลังงานศักยภาพที่ถ่ายโอนไปยังอนุภาคพื้นฐานเมื่อพวกมันมีปฏิสัมพันธ์ ("จับคู่") กับสนามฮิกส์^{[ 40 ]}

ฟิลด์สเกลาร์และการขยายแบบจำลองมาตรฐาน

สนามฮิกส์เป็นสนามสเกลาร์ (สปิน 0) เพียงสนามเดียวที่ตรวจพบได้ สนามพื้นฐานอื่นๆ ทั้งหมดในแบบจำลองมาตรฐานเป็นเฟอร์มิออนสปิน1/2 หรือโบซอน สปิน 1 [ ^l^]^ตาม ที่Rolf-Dieter Heuer ผู้อำนวยการใหญ่ของ CERN เมื่อมีการค้นพบโบซอนฮิกส์ หลักฐานการ มีอยู่ของสนามสเกลาร์นี้มีความสำคัญเกือบเท่ากับบทบาทของฮิกส์ในการกำหนดมวลของอนุภาคอื่นๆ มันชี้ให้เห็นว่าสนามสเกลาร์สมมุติฐานอื่นๆ ที่เสนอโดยทฤษฎีอื่นๆ ตั้งแต่อินฟลาตอนไปจนถึงควินเทสเซนซ์อาจมีอยู่จริงเช่นกัน^[⁴¹^]^[⁴²^]

จักรวาลวิทยา

อินฟลาตอน

มีการวิจัยทางวิทยาศาสตร์มากมายเกี่ยวกับความเชื่อมโยงที่เป็นไปได้ระหว่างสนามฮิกส์และอินฟลาตอนซึ่งเป็นสนามสมมุติที่ถูกเสนอเพื่ออธิบายการขยายตัวของอวกาศในช่วงเสี้ยววินาทีแรกของจักรวาล (ที่รู้จักกันในชื่อ " ยุคเงินเฟ้อ ") ทฤษฎีบางทฤษฎีชี้ว่าสนามสเกลาร์พื้นฐานอาจเป็นสาเหตุของปรากฏการณ์นี้ สนามฮิกส์เป็นสนามดังกล่าว และการมีอยู่ของมันนำไปสู่บทความที่วิเคราะห์ว่ามันอาจเป็นอินฟลาตอนที่รับผิดชอบต่อ การขยาย ตัวแบบทวีคูณของจักรวาลในช่วงบิ๊กแบง หรือไม่ ทฤษฎีเหล่านี้ยังเป็นเพียงข้อสันนิษฐานและเผชิญกับปัญหาสำคัญที่เกี่ยวข้องกับความเป็นเอกภาพแต่ก็อาจเป็นไปได้หากรวมกับคุณสมบัติเพิ่มเติม เช่น การเชื่อมต่อที่ไม่น้อยที่สุดขนาดใหญ่ สเกลาร์แบรนส์-ดิคเค หรือฟิสิกส์ "ใหม่" อื่นๆ และได้รับการพิจารณาแล้วว่าแบบจำลองเงินเฟ้อของฮิกส์ยังคงน่าสนใจในทางทฤษฎี

ธรรมชาติของจักรวาลและชะตากรรมที่เป็นไปได้ของมัน

แผนภาพแสดงมวลของฮิกส์โบซอนและท็อปควาร์กซึ่งอาจบ่งชี้ว่าเอกภพของเรามีเสถียรภาพหรือเป็น'ฟองสบู่' ที่มีอายุยืนยาวณ ปี 2012 วงรี 2 $σ$ ที่อิงตาม ข้อมูล Tevatronและ LHC ยังคงรองรับความเป็นไปได้ทั้งสองอย่าง^{[ 43 ]}

ในแบบจำลองมาตรฐาน มีความเป็นไปได้ที่สถานะพื้นฐานของเอกภพของเรา ซึ่งเรียกว่า "สุญญากาศ" นั้นมีอายุยืนยาว แต่ไม่เสถียรอย่างสมบูรณ์ในสถานการณ์นี้ เอกภพอย่างที่เรารู้จักอาจถูกทำลายลงได้โดยการยุบตัวลงสู่สถานะสุญญากาศที่เสถียรยิ่งขึ้น [ ^{44 ] [}^{45 ] [}^{46 ] [}^{47 ] [}^{48 ] บาง}ครั้งมีการรายงานผิดพลาดว่าอนุภาคฮิกส์ "ทำให้เอกภพสิ้นสุด" ^{[ m ]}หากทราบมวลของอนุภาคฮิกส์และควาร์กท็อปอย่างแม่นยำมากขึ้น และแบบจำลองมาตรฐานให้คำอธิบายที่ถูกต้องของฟิสิกส์อนุภาคจนถึงพลังงานสุดขั้วของระดับพลังค์ก็จะสามารถคำนวณได้ว่าสุญญากาศนั้นเสถียรหรือเพียงแค่มีอายุยืนยาว^{[ 51 ]}^{[ 52 ]}^{[ 53 ]}มวลของฮิกส์เท่ากับ125–127 GeV/ c²ดูเหมือนจะอยู่ใกล้ขอบเขตของเสถียรภาพมาก แต่คำตอบที่ชัดเจนต้องอาศัยการวัดมวลขั้วของควาร์กท็อป ที่แม่นยำยิ่งขึ้น ^{[ 43 ]}ฟิสิกส์ใหม่สามารถเปลี่ยนแปลงภาพนี้^ได้^{[ 54 ]}

หากการวัดอนุภาคฮิกส์บ่งชี้ว่าเอกภพของเราอยู่ในสุญญากาศเทียมแบบนี้ นั่นจะหมายความว่า–มีแนวโน้มว่าในอีกหลายพันล้านปีข้างหน้า^[⁵⁵^]^[ⁿ^] –แรง อนุภาค และโครงสร้างของเอกภพอาจหยุดดำรงอยู่ตามที่เราทราบ (และถูกแทนที่ด้วยสิ่งอื่น) หากสุญญากาศที่แท้จริงเกิดขึ้น[ ⁵⁵^]^[^o^]^{นอกจาก} $นี้ยังบ่งชี้ว่า ค่า λ$ ของฮิกส์ที่เชื่อมโยงตัวเองและ ฟังก์ชัน $β$ อาจใกล้เคียงกับศูนย์มากที่ระดับพลังค์ ซึ่งมีนัยสำคัญที่ "น่าสนใจ" รวมถึงทฤษฎีแรงโน้มถ่วงและการ ขยายตัวของเอกภพตามฮิกส์^[⁴³^]^:²¹⁸^[⁵⁷^]^[⁵⁸^]เครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอน-โพซิตรอนในอนาคตจะสามารถให้การวัดควาร์กท็อปที่แม่นยำซึ่งจำเป็นสำหรับการคำนวณดังกล่าวได้^[⁴³^]

พลังงานสุญญากาศและค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยา

ในเชิงคาดการณ์เพิ่มเติม สนามฮิกส์ยังถูกเสนอให้เป็นพลังงานของสุญญากาศซึ่งที่พลังงานสุดขั้วของช่วงเวลาแรกของบิ๊กแบงทำให้จักรวาลเป็นสมมาตรที่ไม่มีลักษณะเฉพาะของพลังงานสูงมากที่ไม่แตกต่างกัน ในการคาดการณ์แบบนี้ สนามรวมเดียวของทฤษฎีเอกภาพยิ่งใหญ่ถูกระบุว่าเป็น (หรือจำลองมาจาก) สนามฮิกส์ และเป็นเพราะการทำลายสมมาตรอย่างต่อเนื่องของสนามฮิกส์ หรือสนามที่คล้ายกันบางสนาม ในช่วงการเปลี่ยนเฟสทำให้เกิดแรงและสนามต่างๆ ของจักรวาลที่เรารู้จักในปัจจุบัน^{[ 59 ]}

ความสัมพันธ์ (ถ้ามี) ระหว่างสนามฮิกส์และความหนาแน่นพลังงานสุญญากาศ ที่สังเกตได้ ในเอกภพนั้น ก็เป็นหัวข้อของการศึกษาทางวิทยาศาสตร์เช่นกัน จากการสังเกตพบว่า ความหนาแน่นพลังงานสุญญากาศนั้นใกล้เคียงกับศูนย์มาก แต่ความหนาแน่นพลังงานที่ทำนายได้จากสนามฮิกส์ ทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวด และทฤษฎีอื่นๆ นั้น โดยทั่วไปแล้วจะมีค่ามากกว่าหลายอันดับ ยังไม่ชัดเจนว่าจะหาข้อสรุปที่สอดคล้องกันได้อย่างไร ปัญหา ค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยา นี้ยังคงเป็น ปัญหาสำคัญ ที่ยังไม่มีคำตอบ ในวิชาฟิสิกส์

ประวัติศาสตร์

การสร้างทฤษฎี

ผู้เขียนทั้งหกคนของบทความ PRL ปี 1964ซึ่งได้รับรางวัล JJ Sakurai ประจำปี 2010 จากผลงานของพวกเขา จากซ้ายไปขวา: Kibble , Guralnik , Hagen , Englert , Brout ;ภาพด้านขวา: Higgs

นักฟิสิกส์อนุภาคศึกษาเรื่องสสารที่ประกอบด้วยอนุภาคพื้นฐานซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กันโดยอาศัยอนุภาคแลกเปลี่ยน– เกจโบซอน–ทำหน้าที่เป็นตัวนำแรงในช่วงต้นทศวรรษ 1960 มีการค้นพบหรือเสนออนุภาคเหล่านี้จำนวนหนึ่ง พร้อมกับทฤษฎีที่ชี้ให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างกัน ซึ่งบางส่วนได้รับการปรับปรุงใหม่เป็นทฤษฎีสนามโดยที่วัตถุที่ศึกษาไม่ใช่เพียงอนุภาคและแรง แต่เป็นสนามควอนตัมและสมมาตร ของสนามควอนตั ม^[⁶⁰^]^:¹⁵⁰ อย่างไรก็ตาม ความพยายามที่จะสร้างแบบจำลองสนามควอนตัมสำหรับ แรงพื้นฐานสองในสี่แรงที่รู้จักกัน– แรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์อ่อน – และการรวมปฏิสัมพันธ์เหล่านี้เข้าด้วยกันยังคงไม่ประสบความสำเร็จ

ปัญหาหนึ่งที่ทราบกันดีคือแนวทางที่ไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การแปลงเกจ รวมถึงแบบจำลอง ที่ไม่ใช่แบบอาเบเลียนเช่นทฤษฎี Yang–Mills (1954) ซึ่งมีแนวโน้มที่ดีสำหรับทฤษฎีรวม ดูเหมือนจะทำนายอนุภาคที่มีมวลที่ทราบกันว่าเป็นอนุภาคไร้มวล^{[ 23 ]}ทฤษฎีบทของโกลด์สโตนซึ่งเกี่ยวข้องกับสมมาตรต่อเนื่องภายในทฤษฎีบางทฤษฎี ดูเหมือนจะตัดทิ้งวิธีแก้ปัญหาที่ชัดเจนหลายอย่าง^{[ 61 ]}เนื่องจากดูเหมือนจะแสดงให้เห็นว่าอนุภาคที่มีมวลเป็นศูนย์ที่รู้จักกันในชื่อโบซอนโกลด์สโตนจะต้องมีอยู่จริง เพียงแต่ "มองไม่เห็น" ^{[ 62 ]}ตามที่กูราลนิค กล่าว นักฟิสิกส์ "ไม่เข้าใจ" ว่าจะเอาชนะปัญหาเหล่านี้ได้อย่างไร^{[ 62 ]}

ปีเตอร์ โวอิท นักฟิสิกส์อนุภาคและนักคณิตศาสตร์ ได้สรุปสถานะของการวิจัยในขณะนั้นไว้ดังนี้:

งานวิจัยของหยางและมิลส์เกี่ยวกับทฤษฎีเกจแบบไม่เชิงอะบีเลียนมีปัญหาใหญ่ประการหนึ่งคือ ในทฤษฎีการรบกวนนั้นมีอนุภาคไร้มวลซึ่งไม่สอดคล้องกับสิ่งที่เรามองเห็น วิธีหนึ่งในการกำจัดปัญหานี้เป็นที่เข้าใจกันดีแล้วในปัจจุบัน นั่นคือปรากฏการณ์การกักขังที่เกิดขึ้นในQCDซึ่งอันตรกิริยาแรงจะกำจัดสถานะ "กลูออน" ไร้มวลที่ระยะทางไกล ในช่วงต้นทศวรรษที่ 1960 ผู้คนเริ่มเข้าใจแหล่งที่มาของอนุภาคไร้มวลอีกแหล่งหนึ่ง นั่นคือการแตกสมมาตรโดยธรรมชาติของสมมาตรต่อเนื่อง สิ่งที่ฟิลิป แอนเดอร์สันตระหนักและศึกษาในช่วงฤดูร้อนปี 1962 คือ เมื่อคุณมีทั้งสมมาตรเกจและการแตกสมมาตรโดยธรรมชาติ โหมดนัมบู-โกลด์สโตนไร้มวล [ซึ่งก่อให้เกิดโบซอนโกลด์สโตน] สามารถรวมกับโหมดสนามเกจไร้มวล [ซึ่งก่อให้เกิดโบซอนเกจไร้มวล] เพื่อสร้างสนามเวกเตอร์มวลทางกายภาพ [โบซอนเกจที่มีมวล] นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในสภาพนำยิ่งยวดซึ่งแอนเดอร์สันเป็น (และยังคงเป็น) หนึ่งในผู้เชี่ยวชาญชั้นนำในเรื่องนี้^{[ 23 ]} [ข้อความย่อ]

กลไกฮิกส์เป็นกระบวนการที่เวกเตอร์โบซอนสามารถได้รับมวลนิ่งโดยไม่ต้องทำลายความไม่แปรผันของเกจอย่างชัดเจนซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการแตกสมมาตรโดยธรรมชาติ [ ^{63 ] [}^{64 ] ใน}ขั้นต้น ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์เบื้องหลังการแตกสมมาตรโดยธรรมชาติได้รับการคิดค้นและตีพิมพ์ในสาขาฟิสิกส์อนุภาคโดยโยอิจิโร นัมบุในปี 1960 ^{[ 65 ]} (และได้รับการคาดการณ์ไว้บ้างโดยเอิร์นส์ สตูคเคลเบิร์กในปี 1938 ^{[ 66 ]} ) และแนวคิดที่ว่ากลไกดังกล่าวสามารถนำเสนอวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้สำหรับ "ปัญหามวล" ได้รับการเสนอแนะครั้งแรกในปี 1962 โดยฟิลิป แอนเดอร์สัน ผู้ซึ่งเคยเขียนบทความเกี่ยวกับการแตกสมมาตรและผลลัพธ์ในสภาพนำยิ่งยวดมาก่อน^{[ 67 ]}แอนเดอร์สันสรุปในบทความปี 1963 ของเขาเกี่ยวกับทฤษฎีหยาง-มิลส์ว่า "เมื่อพิจารณาอนาล็อกของตัวนำยิ่งยวด ... โบซอนสองประเภทนี้ดูเหมือนจะสามารถหักล้างกันได้ ... เหลือโบซอนที่มีมวลจำกัด") ^{[ 68 ]}^{[ 25 ]}และในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2507 อับราฮัม ไคลน์และเบนจามิน ลีแสดงให้เห็นว่าทฤษฎีบทของโกลด์สโตนสามารถหลีกเลี่ยงได้ด้วยวิธีนี้อย่างน้อยในบางกรณีที่ไม่ใช่สัมพัทธภาพ และคาดการณ์ว่าอาจเป็นไปได้ในกรณีที่เป็นสัมพัทธภาพอย่างแท้จริง^{[ 24 ]}

แนวทางเหล่านี้ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วเป็น แบบจำลอง สัมพัทธภาพ เต็มรูป แบบ โดยเป็นอิสระและเกือบพร้อมกัน โดยกลุ่มนักฟิสิกส์สามกลุ่ม ได้แก่François EnglertและRobert Broutในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2507 ^{[ 69 ]} Peter Higgsในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2507 ^{[ 70 ]}และGerald Guralnik , Carl HagenและTom Kibble (GHK) ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2507 ^{[ 71 ]} Higgs ยังเขียนบทความตอบโต้สั้นๆ แต่สำคัญ^{[ 63 ]} ซึ่ง ตีพิมพ์ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2507 เพื่อตอบโต้ข้อโต้แย้งของGilbert [ ⁷²^]ซึ่งแสดงให้เห็นว่าหากคำนวณภายในเกจรังสี ทฤษฎีบทของ Goldstone และข้อโต้แย้งของ Gilbert จะใช้ไม่ได้^[^p^{] ต่อมา Higgs อธิบายว่าข้อโต้แย้งของ Gilbert เป็นแรงผลัก}^ดันให้เขาเขียนบทความของตนเอง^[⁷³^]คุณสมบัติของแบบจำลองได้รับการพิจารณาเพิ่มเติมโดย Guralnik ในปี 1965 ^[⁷⁴^]โดย Higgs ในปี 1966 ^[⁷⁵^]โดย Kibble ในปี 1967 ^[⁷⁶^]และโดย GHK เพิ่มเติมในปี 1967 ^[⁷⁷^]เอกสารต้นฉบับสามฉบับในปี 1964 แสดงให้เห็นว่าเมื่อทฤษฎีเกจถูกรวมเข้ากับสนามสเกลาร์ประจุเพิ่มเติมที่ทำลายสมมาตรโดยธรรมชาติ โบซอนเกจอาจได้รับมวลที่จำกัดอย่างสม่ำเสมอ^[⁶³^]^[⁶⁴^]^[⁷⁸^] ในปี พ.ศ. 2510 Steven Weinberg ^[⁷⁹^] และAbdus Salam ^[⁸⁰^] ได้แสดงให้เห็นโดยอิสระว่ากลไก Higgs สามารถใช้เพื่อทำลายสมมาตรอิเล็กโทรวีคของ แบบจำลองรวม ของSheldon Glashowสำหรับปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนและแม่เหล็กไฟฟ้า^[⁸¹^] (ซึ่งเป็นส่วนขยายของงานโดยSchwinger ) ก่อให้เกิดสิ่งที่กลายเป็นแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค Weinberg เป็นคนแรกที่สังเกตว่าสิ่งนี้จะให้เทอมมวลสำหรับเฟอร์มิออนด้วย^[⁸²^]^[^q^]

ในตอนแรก เอกสารสำคัญเหล่านี้เกี่ยวกับการแตกสมมาตรเกจโดยธรรมชาติถูกละเลยเป็นส่วนใหญ่ เพราะเชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าทฤษฎี (เกจที่ไม่ใช่แบบอาเบเลียน) ที่กล่าวถึงนั้นเป็นทางตัน และโดยเฉพาะอย่างยิ่งไม่สามารถปรับค่าใหม่ได้ในปี 1971–72 Martinus VeltmanและGerard 't Hooftได้พิสูจน์ว่าการปรับค่าใหม่ของ Yang–Mills เป็นไปได้ในเอกสารสองฉบับที่ครอบคลุมสนามที่ไม่มีมวล และจากนั้นสนามที่มีมวล^{[ 82 ]}ผลงานของพวกเขาและงานของผู้อื่นเกี่ยวกับกลุ่มการปรับค่าใหม่–รวมถึงงานทางทฤษฎีที่ "สำคัญ" โดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียLudvig Faddeev , Andrei Slavnov , Efim FradkinและIgor Tyutin ^[⁸³^] –ในที่สุดก็ "มีความลึกซึ้งและมีอิทธิพลอย่างมาก" ^[⁸⁴^]แต่ถึงแม้จะมีองค์ประกอบสำคัญทั้งหมดของทฤษฎีในที่สุดได้รับการตีพิมพ์แล้ว ก็ยังแทบไม่มีความสนใจในวงกว้างเลย ตัวอย่างเช่นโคลแมนพบในการศึกษาวิจัยว่า "แทบไม่มีใครสนใจ" บทความของไวน์เบิร์กก่อนปี 1971 ^[⁸⁵^]และเดวิด โพลิทเซอร์ ได้กล่าวถึง ในสุนทรพจน์รับรางวัลโนเบลในปี 2004 ^[⁸⁴^] –ซึ่งปัจจุบันเป็นบทความที่ถูกอ้างอิงมากที่สุดในฟิสิกส์อนุภาค^[⁸⁶^] –และแม้แต่ในปี 1970 ตามที่โพลิทเซอร์กล่าว การสอนเรื่องปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนของกลาโชว์ก็ไม่ได้กล่าวถึงงานของไวน์เบิร์ก ซาลาม หรือกลาโชว์เองเลย^[⁸⁴^]ในทางปฏิบัติ โพลิทเซอร์ระบุว่า เกือบทุกคนได้เรียนรู้ทฤษฎีนี้จากนักฟิสิกส์เบนจามิน ลีผู้ซึ่งได้นำงานของเวลต์แมนและ 't Hooft มาผสมผสานกับข้อมูลเชิงลึกจากผู้อื่น และทำให้ทฤษฎีที่สมบูรณ์เป็นที่นิยม^[⁸⁴^]ด้วยวิธีนี้ ตั้งแต่ปี 1971 ความสนใจและการยอมรับก็ "พุ่งสูงขึ้น" ^[⁸⁴^]และแนวคิดต่างๆ ก็ถูกซึมซับเข้าสู่กระแสหลักอย่างรวดเร็ว^[⁸²^]^[⁸⁴^]

ทฤษฎีอิเล็กโทรวีคและแบบจำลองมาตรฐานที่ได้มานั้นได้ทำนายได้อย่างแม่นยำ (ในบรรดาสิ่งอื่นๆ) กระแสกลางอ่อน อนุภาค โบซอนสามตัว ควาร์กท็อปและควาร์กชาร์มและด้วยความแม่นยำสูง มวลและคุณสมบัติอื่นๆ ของอนุภาคเหล่านี้บางส่วน^{[ g ]}ผู้ที่เกี่ยวข้องหลายคนในที่สุดก็ได้รับรางวัลโนเบลหรือรางวัลอันทรงเกียรติอื่นๆ บทความและการทบทวนอย่างครอบคลุมในปี 1974 ในReviews of Modern Physicsแสดงความคิดเห็นว่า "ในขณะที่ไม่มีใครสงสัยในความถูกต้อง [ทางคณิตศาสตร์] ของข้อโต้แย้งเหล่านี้ แต่ไม่มีใครเชื่ออย่างแท้จริงว่าธรรมชาติฉลาดแกมโกงพอที่จะใช้ประโยชน์จากสิ่งเหล่านี้" ^{[ 87 ]}โดยเสริมว่าทฤษฎีนี้ได้สร้างคำตอบที่ถูกต้องซึ่งสอดคล้องกับการทดลอง แต่ยังไม่ทราบว่าทฤษฎีนี้ถูกต้องโดยพื้นฐานหรือไม่^{[ 88 ]}ในปี 1986 และอีกครั้งในช่วงทศวรรษ 1990 เป็นไปได้ที่จะเขียนว่าการทำความเข้าใจและพิสูจน์ภาคฮิกส์ของแบบจำลองมาตรฐานเป็น "ปัญหาหลักในปัจจุบันในฟิสิกส์อนุภาค" ^{[ 14 ]}^{[ 15 ]}

บทสรุปและผลกระทบของบทความวิจัย PRL

บทความทั้งสามฉบับที่เขียนขึ้นในปี 1964 ได้รับการยอมรับว่าเป็นบทความสำคัญในระหว่างการเฉลิมฉลองครบรอบ 50 ปีของPhysical Review Letters [ ⁷⁸^]^ผู้เขียนทั้งหกคนยังได้รับรางวัลJJ Sakurai Prize for Theoretical Particle Physics ประจำ ปี 2010 สำหรับผลงานนี้ด้วย^[⁸⁹^] (ในปีเดียวกันนั้นเองก็เกิดข้อโต้แย้งขึ้นเช่นกัน เพราะในกรณีของรางวัลโนเบล จะมีนักวิทยาศาสตร์เพียงไม่เกินสามคนเท่านั้นที่ได้รับการยอมรับ ในขณะที่มีนักวิทยาศาสตร์หกคนที่ได้รับเครดิตสำหรับบทความ^[⁹⁰^] ) บทความ PRL สองในสามฉบับ (โดย Higgs และโดย GHK) มีสมการสำหรับสนาม สมมติ ที่ในที่สุดจะกลายเป็นที่รู้จักในชื่อสนาม Higgs และควอนตัม สมมติของมัน คือ โบซอน Higgs ^[⁷⁰^]^[⁷¹^]บทความต่อมาของ Higgs ในปี 1966 แสดงให้เห็นกลไกการสลายตัวของโบซอน มีเพียงโบซอนที่มีมวลเท่านั้นที่สามารถสลายตัวได้ และการสลายตัวเหล่านี้สามารถพิสูจน์กลไกได้

ในบทความของฮิกส์ โบซอนมีมวล และในประโยคสุดท้าย ฮิกส์เขียนว่า "คุณสมบัติที่สำคัญ" ของทฤษฎี "คือการทำนายมัลติเพล็ตที่ไม่สมบูรณ์ของ โบซอน สเกลาร์และเวกเตอร์ " ^{[ 70 ]} ( แฟรงค์ โคลสแสดงความคิดเห็นว่านักทฤษฎีเกจในช่วงทศวรรษ 1960 มุ่งเน้นไปที่ปัญหาของ โบซอน เวกเตอร์ ที่ไม่มีมวล และการมีอยู่โดยนัยของ โบซอน สเกลาร์ ที่มีมวลนั้น ไม่ได้ถูกมองว่าสำคัญ มีเพียงฮิกส์เท่านั้นที่กล่าวถึงเรื่องนี้โดยตรง^{[ 91 ]}^{: 154, 166, 175} ) ในบทความของ GHK โบซอนไม่มีมวลและแยกออกจากสถานะที่มีมวล^{[ 71 ]}ในบทวิจารณ์ที่ลงวันที่ 2009 และ 2011 Guralnik ระบุว่าในแบบจำลอง GHK โบซอนไม่มีมวลเฉพาะในการประมาณลำดับต่ำสุดเท่านั้น แต่ไม่ได้อยู่ภายใต้ข้อจำกัดใดๆ และจะได้รับมวลในลำดับที่สูงกว่า และเสริมว่าเอกสาร GHK เป็นเอกสารเดียวที่แสดงให้เห็นว่าไม่มีโบซอนโกลด์สโตน ที่ไม่มีมวล ในแบบจำลอง และให้การวิเคราะห์ที่สมบูรณ์ของกลไกฮิกส์ทั่วไป^{[ 62 ]}^{[ 92 ]}ทั้งสามคนได้ข้อสรุปที่คล้ายคลึงกัน แม้ว่าจะมีวิธีการที่แตกต่างกันมากก็ตาม: เอกสารของฮิกส์ใช้เทคนิคแบบคลาสสิกเป็นหลัก เอกสารของ Englert และ Brout เกี่ยวข้องกับการคำนวณโพลาไรเซชันสุญญากาศในทฤษฎีการรบกวนรอบสถานะสุญญากาศที่สมมาตรแตกหักที่สมมติขึ้น และ GHK ใช้รูปแบบตัวดำเนินการและกฎการอนุรักษ์เพื่อสำรวจอย่างละเอียดถึงวิธีที่ทฤษฎีบทของโกลด์สโตนถูกหลีกเลี่ยง^{[ 63 ]}^{[ 93 ]}บางเวอร์ชันของทฤษฎีทำนายฟิลด์และโบซอนฮิกส์มากกว่าหนึ่งชนิด และ มีการพิจารณา โมเดล "ไร้ฮิกส์" ทางเลือก จนกระทั่งมีการค้นพบโบซอนฮิกส์

การค้นหาเชิงทดลอง

ในการสร้างอนุภาคฮิกส์นั้นจะต้องเร่งลำแสงอนุภาคสองลำให้มีพลังงานสูงมาก แล้วปล่อยให้ชนกันภายในเครื่องตรวจจับอนุภาคบางครั้ง แม้ว่าจะเกิดขึ้นได้ยาก อนุภาคฮิกส์จะถูกสร้างขึ้นมาอย่างฉับพลันเป็นผลพลอยได้จากการชนกัน เนื่องจากอนุภาคฮิกส์สลายตัวอย่างรวดเร็ว เครื่องตรวจจับอนุภาคจึงไม่สามารถตรวจจับมันได้โดยตรง แต่เครื่องตรวจจับจะบันทึกผลผลิตจากการสลายตัวทั้งหมด ( ลายเซ็นการสลายตัว ) และจากข้อมูลนั้นจะสร้างกระบวนการสลายตัวขึ้นมาใหม่ หากผลผลิตจากการสลายตัวที่สังเกตได้ตรงกับกระบวนการสลายตัวที่เป็นไปได้ (เรียกว่าช่องทางการสลายตัว ) ของอนุภาคฮิกส์ นั่นแสดงว่าอนุภาคฮิกส์อาจถูกสร้างขึ้นแล้ว ในทางปฏิบัติ กระบวนการหลายอย่างอาจสร้างลายเซ็นการสลายตัวที่คล้ายกัน โชคดีที่แบบจำลองมาตรฐานทำนายความน่าจะเป็นของแต่ละกระบวนการเหล่านี้และแต่ละกระบวนการที่รู้จักได้อย่างแม่นยำ ดังนั้น หากเครื่องตรวจจับตรวจพบลายเซ็นการสลายตัวที่ตรงกับอนุภาคฮิกส์มากกว่าที่คาดไว้หากไม่มีอนุภาคฮิกส์อยู่จริง นั่นจะเป็นหลักฐานที่ชัดเจนว่าอนุภาคฮิกส์มีอยู่จริง

เนื่องจากการผลิตฮิกส์โบซอนในการชนกันของอนุภาคมีโอกาสเกิดขึ้นน้อยมาก (1 ใน 10 พันล้านที่ LHC) ^{[ r ]} และเหตุการณ์การชนกันอื่นๆ ที่เป็นไปได้อีกมากมายอาจมีลักษณะการสลายตัวที่คล้ายคลึงกัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องวิเคราะห์ข้อมูลการชนกันหลายแสนล้านล้านครั้ง และต้อง "แสดงภาพเดียวกัน" ก่อนที่จะสรุปได้ว่าฮิกส์โบซอนมีอยู่จริงหรือไม่ ในการสรุปว่ามีการค้นพบอนุภาคใหม่นักฟิสิกส์อนุภาคจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ทางสถิติจากเครื่องตรวจจับอนุภาคอิสระสองเครื่อง ซึ่งแต่ละเครื่องต้องแสดงให้เห็นว่ามีโอกาสน้อยกว่าหนึ่งในล้านที่ลักษณะการสลายตัวที่สังเกตได้นั้นเกิดจากเหตุการณ์สุ่มพื้นหลังของแบบจำลองมาตรฐาน–กล่าวคือ จำนวนเหตุการณ์ที่สังเกตได้นั้นแตกต่างจากที่คาดไว้มากกว่าห้าส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน (ซิกมา) หากไม่มีอนุภาคใหม่ ข้อมูลการชนกันที่มากขึ้นจะช่วยให้ยืนยันคุณสมบัติทางกายภาพของอนุภาคใหม่ที่สังเกตได้ดียิ่งขึ้น และช่วยให้นักฟิสิกส์ตัดสินใจได้ว่ามันเป็นฮิกส์โบซอนตามที่อธิบายไว้ในแบบจำลองมาตรฐานหรือเป็นอนุภาคใหม่สมมติฐานอื่นๆ

ในการค้นหาอนุภาคฮิกส์ จำเป็นต้องใช้ เครื่องเร่งอนุภาค ที่มีกำลังสูง เนื่องจากอนุภาคฮิกส์อาจไม่ปรากฏในการทดลองที่มีพลังงานต่ำกว่า เครื่องเร่งอนุภาคจำเป็นต้องมีความสว่าง สูง เพื่อให้แน่ใจว่ามีการชนกันมากพอที่จะสรุปผลได้ สุดท้ายนี้ จำเป็นต้องมีสิ่งอำนวยความสะดวกด้านการคำนวณขั้นสูงเพื่อประมวลผลข้อมูลจำนวนมหาศาล (25 เพตาไบต์ต่อปี ณ ปี 2012) ที่เกิดจากการชนกัน^[⁹⁶^]สำหรับการประกาศเมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2012 เครื่องเร่งอนุภาคใหม่ที่รู้จักกันในชื่อLarge Hadron Colliderได้ถูกสร้างขึ้นที่CERNโดยมีพลังงานการชนกันที่วางแผนไว้สุดท้ายที่ 14 TeV –มากกว่าเครื่องเร่งอนุภาคก่อนหน้าถึงเจ็ดเท่า–และมากกว่า 300 ล้านล้าน ( 3 × 10 ¹⁴ ) การชนกันของโปรตอน-โปรตอนของ LHC ได้รับการวิเคราะห์โดยLHC Computing Grid ซึ่งเป็น โครงข่ายคอมพิวเตอร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก(ณ ปี 2012) ประกอบด้วย ศูนย์คอมพิวเตอร์กว่า 170 แห่งในเครือข่ายทั่วโลกครอบคลุม 36 ประเทศ^{[ 96 ]}^{[ 97 ]}^{[ 98 ]}

ค้นหาก่อนวันที่ 4 กรกฎาคม 2555

การค้นหาอนุภาคฮิกส์อย่างกว้างขวางครั้งแรกเกิดขึ้นที่เครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอน-โพซิตรอนขนาดใหญ่ (LEP) ที่ CERN ในช่วงทศวรรษ 1990 เมื่อสิ้นสุดการให้บริการในปี 2000 LEP ไม่พบหลักฐานที่แน่ชัดเกี่ยวกับอนุภาคฮิกส์^{[ s ]} นี่หมายความว่าหากอนุภาคฮิกส์มีอยู่จริง มันจะต้องมีมวลมากกว่า114.4 GeV/ c ² . ^{[ 99 ]}

การค้นหายังคงดำเนินต่อไปที่เฟอร์มิแล็บในสหรัฐอเมริกา ซึ่งเครื่องเร่งอนุภาคเทวาตรอน–เครื่องเร่งอนุภาคที่ค้นพบควาร์กบนสุดในปี 1995 – ได้รับการปรับปรุงเพื่อจุดประสงค์นี้ ไม่มีการรับประกันว่าเทวาตรอนจะสามารถค้นพบฮิกส์ได้ แต่เป็นเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่เพียงเครื่องเดียวที่ใช้งานได้ เนื่องจากเครื่องเร่งอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ (LHC) ยังอยู่ระหว่างการก่อสร้าง และเครื่องเร่งอนุภาคซูเปอร์คอนดักติ้ง ที่วางแผนไว้ ถูกยกเลิกในปี 1993 และไม่เคยสร้างเสร็จ เทวาตรอนสามารถตัดช่วงมวลของฮิกส์เพิ่มเติมได้เท่านั้น และถูกปิดตัวลงเมื่อวันที่ 30 กันยายน 2011 เนื่องจากไม่สามารถทำงานให้ทันกับ LHC ได้อีกต่อไป การวิเคราะห์ข้อมูลขั้นสุดท้ายได้ตัดความเป็นไปได้ของอนุภาคฮิกส์ที่มีมวลระหว่าง 147 GeV/ c ²และ180 GeV/ c² นอกจากนี้ ยังมีเหตุการณ์เกินมาเล็กน้อย (แต่ไม่สำคัญ) ซึ่งอาจบ่งชี้ ^ถึงอนุภาคฮิกส์ที่มีมวลระหว่าง115 GeV/ c ²และ140 GeV/ c ² . ^{[ 100 ]}

เครื่องเร่งอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ (Large Hadron Collider)ที่CERNในสวิตเซอร์แลนด์ ถูกออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อยืนยันหรือปฏิเสธการมีอยู่ของอนุภาคฮิกส์ สร้างขึ้นใน อุโมงค์ใต้ดินยาว 27 กิโลเมตร ใกล้กับเจนีวาซึ่งเดิมเป็นที่ตั้งของ LEP มันถูกออกแบบมาเพื่อชนกันของลำแสงโปรตอนสองลำ โดยเริ่มต้นที่พลังงานระดับหนึ่ง3.5 TeVต่อลำแสง (รวม 7 TeV) หรือเกือบ 3.6 เท่าของ Tevatron และสามารถอัพเกรดเป็น2 × 7 TeV ( รวม 14 TeV) ในอนาคต ทฤษฎีแนะนำว่าหากอนุภาคฮิกส์มีอยู่จริง การชนกันที่ระดับพลังงานเหล่านี้ควรจะสามารถเปิดเผยอนุภาคดังกล่าวได้ ในฐานะที่เป็นหนึ่งในเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนที่สุดเท่าที่เคยสร้างมา ความพร้อมในการใช้งานล่าช้าไป 14 เดือนเนื่องจากเหตุการณ์แม่เหล็กดับเก้าวันหลังจากการทดสอบครั้งแรก ซึ่งเกิดจากการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่ผิดพลาดทำให้ แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดกว่า 50 ตัวเสียหายและปนเปื้อนระบบสุญญากาศ^{[ 101 ]}^{[ 102 ]}^{[ 103 ]}

การเก็บรวบรวมข้อมูลใน LHC เริ่มขึ้นในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2553 ^{[ 104 ]}ภายในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2554 เครื่องตรวจจับอนุภาคหลักสองเครื่องใน LHC คือATLASและCMSได้จำกัดช่วงมวลที่ฮิกส์สามารถดำรงอยู่ได้ให้แคบลงเหลือประมาณ116–130 GeV/ c ² (ATLAS) และ115–127 GeV/ c² (CMS) ^{[ 105 ]}^{[ 106 ]}^{นอกจาก นี้}ยังมีเหตุการณ์เกินจำนวนที่น่าสนใจจำนวนหนึ่งที่ "หายไป" และพิสูจน์แล้วว่าเป็นเพียงความผันผวนแบบสุ่ม อย่างไรก็ตาม ตั้งแต่ประมาณเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2554 ^{[ 107 ]}การทดลองทั้งสองได้เห็นผลลัพธ์ของการเกิดขึ้นอย่างช้าๆ ของสัญญาณการสลายตัวของแกมมาและเลปตอน 4 ตัวที่เกินมาเล็กน้อยแต่สม่ำเสมอ และการสลายตัวของอนุภาคอื่นๆ อีกหลายชนิด ซึ่งทั้งหมดบ่งชี้ถึงอนุภาคใหม่ที่มีมวลประมาณ125 GeV/ c ² . ^{[ 107 ]}ประมาณเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2554 ข้อมูลที่ผิดปกติที่125 GeV/ c²กำลังกลายเป็น "สิ่งที่ใหญ่เกินกว่าจะมองข้าม" (แม้ว่าจะยังห่างไกลจากข้อสรุป) และหัวหน้าทีมทั้งที่ ATLAS และ CMS ต่างก็สงสัยเป็นการส่วนตัวว่าพวกเขาอาจค้นพบฮิกส์แล้ว^[^{107 ] เมื่อ}วันที่ 28 พฤศจิกายน 2011 ในการประชุมภายในของหัวหน้าทีมทั้งสองและผู้อำนวยการใหญ่ของ CERN การวิเคราะห์ล่าสุดได้ถูกนำมาหารือภายนอกทีมเป็นครั้งแรก ซึ่งบ่งชี้ว่าทั้ง ATLAS และ CMS อาจกำลังเข้าใกล้ผลลัพธ์ร่วมกันที่เป็นไปได้ที่125 GeV/ c²และเริ่มการเตรียมการเบื้องต้นในกรณีที่ค้นพบสำเร็จ^{[ 107 ]}แม้ว่าข้อมูลนี้จะไม่เป็นที่รู้จักต่อสาธารณะในขณะนั้น แต่การจำกัดช่วงของฮิกส์ที่เป็นไปได้ให้แคบลงเหลือ^{ประมาณ}115–130 GeV/2และการสังเกตซ้ำๆ ของส่วนเกินเหตุการณ์ขนาดเล็กแต่สม่ำเสมอในหลายช่องทางทั้งที่ ATLAS และ CMS ในบริเวณ 124–126 GeV/ c ² (อธิบายว่าเป็น "เบาะแสที่น่าดึงดูดใจ" ประมาณ 2–3 ซิกมา) เป็นที่รู้กันทั่วไปและ "ได้รับความสนใจอย่างมาก" ^{[ 108 ]}ดังนั้นจึงมีการคาดการณ์กันอย่างกว้างขวางในช่วงปลายปี 2011 ว่า LHC จะให้ข้อมูลที่เพียงพอเพื่อตัดออกหรือยืนยันการค้นพบอนุภาคฮิกส์ภายในสิ้นปี 2012 เมื่อข้อมูลการชนกันในปี 2012 (ด้วย พลังงานการชนกันที่สูงกว่าเล็กน้อย 8 TeV) ได้รับการตรวจสอบแล้ว^{[ 108 ]}^{[ 109 ]}

การค้นพบอนุภาคโบซอนที่น่าจะเป็นไปได้ที่ CERN


แผนภาพ Feynmanแสดงช่องทางที่สะอาดที่สุดที่เกี่ยวข้องกับมวลต่ำ (~ อนุภาคฮิกส์ที่มีมวล 125 GeV/c² ถูกตรวจพบโดย^ATLASและCMS ที่ LHCกลไกการผลิตหลักที่มวลระดับนี้เกี่ยวข้องกับการ รวมตัวของ กลูออน สองตัว จากโปรตอนแต่ละตัวเข้ากับลูปควาร์กท็อปซึ่งเชื่อมต่ออย่างแข็งแกร่งกับสนามฮิกส์เพื่อสร้างอนุภาคฮิกส์ ซ้าย:ช่องทางไดโฟตอน: โบซอนสลายตัวต่อไปเป็นโฟตอนรังสีแกมมาสองตัวโดยปฏิสัมพันธ์เสมือนกับ ลูป โบซอน Wหรือลูปควาร์กท็ อป ขวา: "ช่องทางทองคำ" สี่เลปตอน: โบซอนปล่อยโบซอน Z สองตัว ซึ่งแต่ละตัวจะสลายตัวเป็นเลปตอน สองตัว (อิเล็กตรอน มิวออน) การวิเคราะห์เชิงทดลองของช่องทางเหล่านี้บรรลุความสำคัญมากกว่าห้าส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน (ซิกมา) ในการทดลองทั้งสอง^{[ 110 ]}^{[ 111 ]}^{[ 112 ]}

เมื่อวันที่ 22 มิถุนายน 2012 CERNประกาศการสัมมนาที่จะเกิดขึ้นซึ่งครอบคลุมผลการค้นพบเบื้องต้นสำหรับปี 2012 ^{[ 113 ]}^{[ 114 ]}และหลังจากนั้นไม่นาน (ประมาณวันที่ 1 กรกฎาคม 2012 ตามการวิเคราะห์ข่าวลือที่แพร่กระจายในโซเชียลมีเดีย^{[ 115 ]} ) ข่าวลือเริ่มแพร่กระจายในสื่อว่าการสัมมนานี้จะมีการประกาศครั้งสำคัญ แต่ยังไม่ชัดเจนว่าจะเป็นสัญญาณที่ชัดเจนขึ้นหรือเป็นการค้นพบอย่างเป็นทางการ^{[ 116 ]}^{[ 117 ]}การคาดเดาทวีความรุนแรงขึ้นอย่างมากเมื่อมีรายงานว่าปีเตอร์ ฮิกส์ผู้เสนอแนวคิดเรื่องอนุภาค จะเข้าร่วมสัมมนา^{[ 118 ]}^{[ 119 ]}และมีการเชิญ "นักฟิสิกส์ชั้นนำ 5 คน" ซึ่งโดยทั่วไปเชื่อกันว่าหมายถึงผู้เขียนที่ยังมีชีวิตอยู่ 5 คนในปี 1964 โดยมีฮิก ส์ , เอ็งเกลอร์ท, กูราลนิค, ฮาเกน เข้าร่วม และคิบเบิลยืนยันการได้รับเชิญ (บรูทเสียชีวิตในปี 2011) ^[¹²⁰^]

เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม พ.ศ. 2555 การทดลองของ CERN ทั้งสองได้ประกาศว่าพวกเขาค้นพบสิ่งเดียวกันโดยอิสระ: ^{[ 121 ]} CMS ของโบซอนที่ไม่เคยรู้จักมาก่อนที่มีมวล125.3 ± 0.6 GeV/ c ²^{[ 122 ]}^{[ 123 ]}และ ATLAS ของโบซอนที่มีมวล126.0 ± 0.6 GeV/ c² ^{[ 124} ] ^{[ 125}^]เมื่อใช้การวิเคราะห์แบบรวมของปฏิสัมพันธ์สองประเภท (เรียกว่า 'ช่องทาง') การทดลองทั้งสองบรรลุความสำคัญในระดับท้องถิ่นที่ 5 ซิกมาโดยอิสระ^ซึ่ง^{หมายความ}ว่าความน่าจะเป็นที่จะได้ผลลัพธ์ที่แข็งแกร่งอย่างน้อยเท่านี้โดยบังเอิญนั้นน้อยกว่าหนึ่งในสามล้าน เมื่อพิจารณาช่องทางเพิ่มเติม ความสำคัญของ CMS ลดลงเหลือ 4.9 ซิกมา^[¹²³^]

ทีมทั้งสองทำงานโดย 'ปิดตา' ต่อกันตั้งแต่ประมาณปลายปี 2011 หรือต้นปี 2012 ^{[ 107 ]}ซึ่งหมายความว่าพวกเขาไม่ได้หารือผลลัพธ์ของกันและกัน ซึ่งให้ความมั่นใจเพิ่มเติมว่าการค้นพบร่วมกันใด ๆ นั้นเป็นการตรวจสอบอนุภาคอย่างแท้จริง^{[ 96 ]}หลักฐานในระดับนี้ ซึ่งได้รับการยืนยันอย่างอิสระโดยสองทีมและการทดลองที่แยกจากกัน ตรงตามระดับการพิสูจน์อย่างเป็นทางการที่จำเป็นในการประกาศการค้นพบที่ได้รับการยืนยัน

เมื่อวันที่ 31 กรกฎาคม 2555 คณะทำงาน ATLAS ได้นำเสนอการวิเคราะห์ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการ "สังเกตอนุภาคใหม่" ซึ่งรวมถึงข้อมูลจากช่องทางที่สาม ซึ่งช่วยปรับปรุงความสำคัญเป็น 5.9 ซิกมา (โอกาส 1 ใน 588 ล้านที่จะได้รับหลักฐานที่แข็งแกร่งอย่างน้อยเท่านี้โดยผลกระทบพื้นหลังแบบสุ่มเพียงอย่างเดียว) และมวล 126.0 ± 0.4 (สถิติ) ± ^0.4 (ระบบ) GeV/ ^c² [ 125 ^]^และ CMS ได้ปรับปรุงความสำคัญเป็น 5 ซิกมาและมวล^125.3 ± 0.4 (สถิติ) ± 0.5 (ระบบ) GeV ^/ c² ^[¹²² ]

อนุภาคใหม่ที่ได้รับการทดสอบแล้วว่าเป็นอนุภาคฮิกส์ที่เป็นไปได้

หลังจากการค้นพบในปี 2012 ก็ยังไม่มีการยืนยันว่า...อนุภาค 125 GeV/ c² คือฮิกส์โบ ^ซอนในด้านหนึ่ง การสังเกตการณ์ยังคงสอดคล้องกับอนุภาคที่สังเกตได้ว่าเป็นฮิกส์โบซอนของแบบจำลองมาตรฐาน และอนุภาคสลายตัวไปเป็นอย่างน้อยบางช่องทางตามที่คาดการณ์ไว้ ยิ่งไปกว่านั้น อัตราการผลิตและอัตราส่วนการแตกแขนงสำหรับช่องทางที่สังเกตได้นั้นตรงกับการคาดการณ์ของแบบจำลองมาตรฐานภายในความไม่แน่นอนของการทดลอง อย่างไรก็ตาม ความไม่แน่นอนของการทดลองยังคงเปิดโอกาสให้มีคำอธิบายอื่น ซึ่งหมายความว่าการประกาศการค้นพบฮิกส์โบซอนอาจจะเร็วเกินไป^{[ 126 ]}เพื่อให้มีโอกาสในการเก็บรวบรวมข้อมูลมากขึ้น การปิดระบบ LHC ที่เสนอไว้ในปี 2012 และการอัปเกรดในปี 2013–14 จึงถูกเลื่อนออกไปเจ็ดสัปดาห์ใน 2013 ^{[ 127 ]}

ในเดือนพฤศจิกายน 2012 ในการประชุมที่เกียวโต นักวิจัยกล่าวว่าหลักฐานที่รวบรวมได้ตั้งแต่เดือนกรกฎาคมนั้นสอดคล้องกับแบบจำลองมาตรฐานพื้นฐานมากกว่าทางเลือกอื่น ๆ โดยมีช่วงผลลัพธ์สำหรับปฏิสัมพันธ์หลายอย่างที่ตรงกับการคาดการณ์ของทฤษฎีนั้น^{[ 128 ]}นักฟิสิกส์Matt Strasslerเน้นย้ำถึงหลักฐาน "ที่สำคัญ" ว่าอนุภาคใหม่นี้ไม่ใช่ อนุภาค pseudoscalar negative parity (ซึ่งสอดคล้องกับการค้นพบที่จำเป็นสำหรับอนุภาคฮิกส์) "การหายไป" หรือการขาดความสำคัญที่เพิ่มขึ้นสำหรับเบาะแสก่อนหน้านี้ของการค้นพบที่ไม่เป็นไปตามแบบจำลองมาตรฐาน ปฏิสัมพันธ์ของแบบจำลองมาตรฐานที่คาดหวังกับอนุภาค W และ Zการไม่มี "นัยสำคัญใหม่ที่สำคัญ" สำหรับหรือต่อต้านsupersymmetryและโดยทั่วไปไม่มีการเบี่ยงเบนที่สำคัญจนถึงปัจจุบันจากผลลัพธ์ที่คาดหวังของอนุภาคฮิกส์ของแบบจำลองมาตรฐาน^{[ t ]}อย่างไรก็ตาม การขยายแบบจำลองมาตรฐานบางประเภทก็จะแสดงผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกันมากเช่นกัน^{[ 130 ]}ดังนั้นนักวิจารณ์จึงตั้งข้อสังเกตว่า จากอนุภาคอื่นๆ ที่ยังคงถูกทำความเข้าใจมานานหลังจากที่ค้นพบ อาจต้องใช้เวลาหลายปีจึงจะแน่ใจได้ และหลายทศวรรษจึงจะเข้าใจอนุภาคที่ค้นพบได้อย่างสมบูรณ์^{[ 128 ]}^{[ t ]}

ผลการค้นพบเหล่านี้หมายความว่า ณ เดือนมกราคม 2013 นักวิทยาศาสตร์มั่นใจเป็นอย่างยิ่งว่าพวกเขาได้ค้นพบอนุภาคที่ไม่รู้จักซึ่งมีมวล ~ 125 GeV/ c² และไม่ได้ถูกทำให้เข้าใจผิดโดยข้อผิดพลาดในการทดลองหรือผลลัพธ์ ^โดยบังเอิญ พวกเขายังมั่นใจจากการสังเกตเบื้องต้นว่าอนุภาคใหม่นี้เป็นโบซอนชนิดหนึ่ง พฤติกรรมและคุณสมบัติของอนุภาคเท่าที่ตรวจสอบมาตั้งแต่เดือนกรกฎาคม 2012 ดูเหมือนจะใกล้เคียงกับพฤติกรรมที่คาดหวังของฮิกส์โบซอน ถึงกระนั้น มันก็ยังอาจเป็นฮิกส์โบซอนหรือโบซอนที่ไม่รู้จักอื่นๆ ก็ได้ เนื่องจากการทดสอบในอนาคตอาจแสดงพฤติกรรมที่ไม่ตรงกับฮิกส์โบซอน ดังนั้น ณ เดือนธันวาคม 2012 CERN จึงยังคงระบุเพียงว่าอนุภาคใหม่นี้ "สอดคล้องกับ" ฮิกส์โบซอน^{[ 29 ]}^{[ 31 ]}และนักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้ยืนยันอย่างแน่ชัดว่าเป็นฮิกส์โบซอน^{[ 131 ]}ถึงกระนั้น ในช่วงปลายปี 2012 รายงานข่าวในสื่อต่างๆ ได้ประกาศ (อย่างไม่ถูกต้อง) ว่ามีการยืนยันฮิกส์โบซอนแล้วในช่วงปีนั้น^{[ 137 ]}

ในเดือนมกราคม 2013 Rolf-Dieter Heuer ผู้อำนวยการใหญ่ของ CERN กล่าวว่า จากการวิเคราะห์ข้อมูลจนถึงปัจจุบัน คำตอบอาจเป็นไปได้ในช่วงกลางปี 2013 ^{[ 138 ]}และรองประธานภาควิชาฟิสิกส์ของห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Brookhavenกล่าวในเดือนกุมภาพันธ์ 2013 ว่าคำตอบที่ "แน่นอน" อาจต้องใช้เวลา "อีกไม่กี่ปี" หลังจาก การเริ่มต้น ใหม่ ของ เครื่องเร่งอนุภาคในปี 2015 ^{[ 139 ]}ในช่วงต้นเดือนมีนาคม 2013 Sergio Bertolucci ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยของ CERN กล่าวว่า การยืนยันสปิน 0 เป็นข้อกำหนดหลักที่เหลืออยู่เพื่อพิจารณาว่าอนุภาคดังกล่าวเป็นอนุภาคฮิกส์อย่างน้อยบางชนิดหรือไม่^{[ 140 ]}

การยืนยันการมีอยู่และสถานะ

เมื่อวันที่ 14 มีนาคม 2556 CERN ได้ยืนยันข้อเท็จจริงดังต่อไปนี้:

CMS และ ATLAS ได้เปรียบเทียบตัวเลือกต่างๆ สำหรับสปิน-พาริตีของอนุภาคนี้ และทั้งหมดนี้ต่างก็ต้องการไม่มีสปินและพาริตีคู่ [เกณฑ์พื้นฐานสองประการของฮิกส์โบซอนที่สอดคล้องกับแบบจำลองมาตรฐาน] สิ่งนี้ เมื่อรวมกับปฏิสัมพันธ์ที่วัดได้ของอนุภาคใหม่กับอนุภาคอื่นๆ บ่งชี้อย่างชัดเจนว่ามันคือฮิกส์โบซอน^{[ 7 ]}

สิ่งนี้ทำให้อนุภาคนี้เป็นอนุภาคสเกลาร์ พื้นฐานตัวแรก ที่ถูกค้นพบในธรรมชาติ^{[ 32 ]}

ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของการทดสอบที่ใช้เพื่อยืนยันว่าอนุภาคที่ค้นพบคือฮิกส์โบซอน: ^{[ t ]}^{[ 13 ]}

ความต้องการ	วิธีการทดสอบ / คำอธิบาย	สถานะ ( ณ เดือนกรกฎาคม2560) )
สปินศูนย์	ตรวจสอบรูปแบบการสลายตัว สปิน-1 ถูกตัดออกไปแล้วในขณะที่ค้นพบครั้งแรกเนื่องจากการสังเกตการสลายตัวเป็นโฟตอนสองตัว ( $γ γ$ )ทำให้สปิน-0 และสปิน-2 เป็นตัวเลือกที่เหลืออยู่	ยืนยันสปิน-0 แล้ว^{[ 8 ]}^{[ 7 ]}^{[ 141 ]}^{[ 142 ]}สมมติฐานสปิน-2 ถูกปฏิเสธด้วยระดับความเชื่อมั่นที่เกิน 99.9% ^{[ 142 ]}
ความเท่าเทียมกัน (บวก)	การศึกษาเกี่ยวกับมุมที่ผลิตภัณฑ์การสลายตัวแยกออกจากกัน ความเป็นพาริตีเชิงลบก็ไม่เป็นที่ต้องการเช่นกันหากยืนยันสปินเป็น 0 ^{[ 143 ]}	แม้แต่พาริตี้ก็ได้รับการยืนยันเบื้องต้น^{[ 7 ]}^{[ 141 ]}^{[ 142 ]}สมมติฐานพาริตี้ลบสปิน-0 ถูกยกเว้นด้วยระดับความเชื่อมั่นที่เกิน 99.9% ^{[ 141 ]}^{[ 8 ]}
ช่องทางการสลายตัว (ผลลัพธ์ของการสลายตัวของอนุภาค) เป็นไปตามที่คาดการณ์ไว้	แบบจำลองมาตรฐานทำนายรูปแบบการสลายตัวของ125 GeV/ c ²ฮิกส์โบซอน มีการตรวจพบอนุภาคเหล่านี้ทั้งหมดหรือไม่ และในอัตราที่เหมาะสมหรือไม่? ที่สำคัญอย่างยิ่ง เราควรสังเกตการสลายตัวเป็นคู่ของโฟตอน (γ γ), โบซอน W และ Z (W ⁻ W ⁺และ Z Z), ควาร์กด้านล่าง (b b ) และเลปตอนเทา (τ ⁻ τ ⁺ ) ในบรรดาผลลัพธ์ที่เป็นไปได้	b b , γ γ, τ ⁻ τ ⁺ , W ⁻ W ⁺และ Z Z ที่สังเกตได้ ความแรงของสัญญาณที่สังเกตได้ทั้งหมดสอดคล้องกับการทำนายของแบบจำลองมาตรฐาน^{[ 144 ]}^{[ 34 ]}
ความสัมพันธ์กับมวล (เช่น ความแข็งแรงของการปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคในแบบจำลองมาตรฐานเป็นสัดส่วนกับมวลของอนุภาคเหล่านั้น)	นักฟิสิกส์อนุภาค Adam Falkowski ระบุว่าคุณสมบัติที่สำคัญของอนุภาคฮิกส์คือเป็นอนุภาคสปิน-0 (สเกลาร์) ซึ่ง เชื่อมโยงกับมวล (อนุภาค W และ Z) ด้วยการพิสูจน์สปิน-0 เพียงอย่างเดียวนั้นไม่เพียงพอ^{[ 13 ]}	การเชื่อมโยงกับมวลได้รับการยืนยันอย่างชัดเจน ("ที่ระดับความเชื่อมั่น 95% $c$ อยู่ภายใน 15% ของค่าแบบจำลองมาตรฐาน $c$ = 1") ^{[ 13 ]}
ผลลัพธ์ด้านพลังงานที่สูงขึ้นยังคงสม่ำเสมอ	หลังจากที่ เครื่องเร่งอนุภาค LHC เริ่มทำงานอีกครั้งในปี 2015ที่พลังงานสูงขึ้น 13 TeV การค้นหาอนุภาคฮิกส์หลายตัว (ตามที่ทำนายไว้ในบางทฤษฎี) และการทดสอบที่มุ่งเป้าไปที่ทฤษฎีอนุภาคเวอร์ชันอื่นๆ ก็ยังคงดำเนินต่อไป ผลลัพธ์ที่พลังงานสูงขึ้นเหล่านี้จะต้องให้ผลลัพธ์ที่สอดคล้องกับทฤษฎีฮิกส์ต่อไป	การวิเคราะห์การชนกันจนถึงเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2560 ไม่แสดงการเบี่ยงเบนจากแบบจำลองมาตรฐาน โดยมีความแม่นยำในการทดลองดีกว่าผลลัพธ์ที่พลังงานต่ำกว่า^{[ 34 ]}

ผลการค้นพบตั้งแต่ปี 2013 เป็นต้นมา

ความแข็งแรงของการเชื่อมต่อกับฮิกส์โบซอนใน (ด้านบน) และอัตราส่วนต่อการทำนายของแบบจำลองมาตรฐาน (ด้านล่าง) ที่ได้มาจากข้อมูลภาคตัดขวางและอัตราส่วนการแตกแขนง ใน กรอบงานκ ^{[ 145 ]}การเชื่อมต่อคือ ${\sqrt {{\คัปปา _{V}}}{m__{V}/{\rm {vev}}\quad (={\sqrt {{\kappa _{V}{g__{V}/2{\rm {vev}}}})$ และ ${\kappa }_{F}{m}_{V}/{\rm {vev}}$ สำหรับเวกเตอร์โบซอน V (=Z,W) และสำหรับเฟอร์มิออน F ( = t , b , τ ( μยังไม่ได้รับการยืนยันว่าเป็น 2022 แต่มีหลักฐาน)) ตามลำดับ โดยที่ ${m}_{V/F}$ มวลชนและ $vev$ ค่าคาดหวังสุญญากาศ ( ${g}_{V}$ ความแข็งแรงของการเชื่อมต่อสัมบูรณ์) ^{[ 146 ]}

{\displaystyle {\sqrt {{\คัปปา _{V}}}{m__{V}/{\rm {vev}}\quad (={\sqrt {{\kappa _{V}{g__{V}/2{\rm {vev}}}})} — ความแข็งแรงของการเชื่อมต่อกับฮิกส์โบซอนใน (ด้านบน) และอัตราส่วนต่อการทำนายของแบบจำลองมาตรฐาน (ด้านล่าง) ที่ได้มาจากข้อมูลภาคตัดขวางและอัตราส่วนการแตกแขนง ใน กรอบงานκ ^{[ 145 ]}การเชื่อมต่อคือ ${\sqrt {{\คัปปา _{V}}}{m__{V}/{\rm {vev}}\quad (={\sqrt {{\kappa _{V}{g__{V}/2{\rm {vev}}}})$ และ ${\kappa }_{F}{m}_{V}/{\rm {vev}}$ สำหรับเวกเตอร์โบซอน V (=Z,W) และสำหรับเฟอร์มิออน F ( = t , b , τ ( μยังไม่ได้รับการยืนยันว่าเป็น 2022 แต่มีหลักฐาน)) ตามลำดับ โดยที่ ${m}_{V/F}$ มวลชนและ $vev$ ค่าคาดหวังสุญญากาศ ( ${g}_{V}$ ความแข็งแรงของการเชื่อมต่อสัมบูรณ์) ^{[ 146 ]}

ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2560 CERN ยืนยันว่าการวัดทั้งหมดยังคงสอดคล้องกับการคาดการณ์ของแบบจำลองมาตรฐาน และเรียกอนุภาคที่ค้นพบว่า "ฮิกส์โบซอน" ^{[ 34 ]}ณ ปี พ.ศ. 2562 เครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ (Large Hadron Collider)ยังคงสร้างผลลัพธ์ที่ยืนยันความเข้าใจเกี่ยวกับสนามและอนุภาคฮิกส์ในปี พ.ศ. 2556 ^{[ 147 ]}^{[ 148 ]}

นับตั้งแต่เริ่มดำเนินการอีกครั้งในปี 2015 งานทดลองของ LHC ได้รวมถึงการสำรวจสนามและโบซอนฮิกส์ในรายละเอียดที่มากขึ้น และยืนยันว่าการคาดการณ์ที่พบได้น้อยนั้นถูกต้องหรือไม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การสำรวจตั้งแต่ปี 2015 ได้ให้หลักฐานที่ชัดเจนเกี่ยวกับการสลายตัวโดยตรงเป็นเฟอร์มิออนเช่น คู่ของควาร์กด้านล่าง (3.6 σ ) ซึ่งได้รับการอธิบายว่าเป็น "หลักชัยสำคัญ" ในการทำความเข้าใจอายุการใช้งานที่สั้นและการสลายตัวที่หายากอื่นๆและยังเป็นการยืนยันการสลายตัวเป็นคู่ของเลปตอนเทา (5.9 σ ) ซึ่ง CERN ได้อธิบายว่า "มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้างความสัมพันธ์ของโบซอนฮิกส์กับเลปตอน และเป็นขั้นตอนสำคัญในการวัดความสัมพันธ์กับเฟอร์มิออนรุ่นที่สาม ซึ่งเป็นสำเนาที่หนักมากของอิเล็กตรอนและควาร์ก ซึ่งบทบาทของพวกมันในธรรมชาติยังคงเป็นปริศนาอย่างลึกซึ้ง" ^[³⁴^]ผลลัพธ์ที่เผยแพร่เมื่อวันที่ 19 มีนาคม 2018 ที่ 13 TeV สำหรับ ATLAS และ CMS มีการวัดมวลของฮิกส์ที่ 124.98 ± 0.28 GeV/ c ²และ125.26 ± 0.21 GeV/ c²ตาม^{ลำดับ}

ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2561 การทดลอง ATLAS และ CMS รายงานการสังเกตการสลายตัวของฮิกส์โบซอนเป็นคู่ของควาร์กด้านล่าง ซึ่งคิดเป็นประมาณ 60% ของการสลายตัวทั้งหมด^{[ 149 ]}^{[ 150 ]}^{[ 151 ]}

ประเด็นเชิงทฤษฎี

ความจำเป็นทางทฤษฎีของฮิกส์

ความไม่แปรเปลี่ยนภายใต้การแปลง เกจ (Gauge invariance)เป็นคุณสมบัติสำคัญของทฤษฎีอนุภาคสมัยใหม่ เช่น แบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model ) ส่วนหนึ่งเป็นเพราะความสำเร็จในด้านอื่นๆ ของฟิสิกส์พื้นฐาน เช่นแม่เหล็กไฟฟ้าและอันตรกิริยาแรง ( ควอนตัมโครโมไดนามิกส์ ) อย่างไรก็ตาม ก่อนที่เชลดอน แกลชอว์จะขยาย แบบจำลอง การรวมแรงไฟฟ้า อ่อน ในปี 1961 มีความยากลำบากอย่างมากในการพัฒนาทฤษฎีเกจสำหรับแรงนิวเคลียร์อ่อนหรืออันตรกิริยาไฟฟ้า อ่อนแบบรวมที่เป็นไป ได้เฟอร์มิออนที่มีพจน์มวลจะละเมิดสมมาตรเกจและดังนั้นจึงไม่สามารถไม่แปรเปลี่ยนภายใต้การแปลงเกจได้ (สามารถเห็นได้จากการตรวจสอบลากรางจ์ของดิแรกสำหรับเฟอร์มิออนในแง่ของส่วนประกอบมือซ้ายและมือขวา เราพบว่าไม่มีอนุภาคสปินครึ่งใดที่สามารถพลิกเฮลิซิตี้ได้ตามที่ต้องการสำหรับมวล ดังนั้นพวกมันจึงต้องไม่มีมวล^{[ u ]} ) โบซอน W และ Zถูกสังเกตว่ามีมวล แต่พจน์มวลของโบซอนมีพจน์ที่ขึ้นอยู่กับการเลือกเกจอย่างชัดเจน ดังนั้นมวลเหล่านี้จึงไม่สามารถไม่แปรเปลี่ยนภายใต้การแปลงเกจได้เช่นกัน ดังนั้น ดูเหมือนว่า อนุภาคเฟอร์มิออน หรือ โบซอน ในแบบจำลองมาตรฐาน จะ ไม่สามารถ "เริ่มต้น" ด้วยมวลเป็นคุณสมบัติในตัวได้เลย เว้นแต่จะละทิ้งความไม่แปรเปลี่ยนภายใต้การแปลงเกจ หากยังคงรักษาความไม่แปรเปลี่ยนภายใต้การแปลงเกจไว้ อนุภาคเหล่านี้จะต้องได้รับมวลโดยกลไกหรือปฏิสัมพันธ์อื่น ๆ

นอกจากนี้ วิธีแก้ปัญหาที่อิงจากการแตกสมมาตรโดยธรรมชาติก็ดูเหมือนจะล้มเหลว ซึ่งดูเหมือนจะเป็นผลลัพธ์ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ของทฤษฎีบทของโกลด์สโตนเนื่องจากไม่มีค่าใช้จ่ายด้านพลังงานศักยภาพในการเคลื่อนที่ไปรอบๆ "หุบเขาวงกลม" ของระนาบเชิงซ้อนซึ่งเป็นสาเหตุของการแตกสมมาตรโดยธรรมชาติ การกระตุ้นควอนตัมที่เกิดขึ้นจึงเป็นพลังงานจลน์บริสุทธิ์ และดังนั้นจึงเป็นโบซอนไร้มวล ("โบซอนโกลด์สโตน") ซึ่งในทางกลับกันหมายถึงแรงระยะไกลใหม่ แต่ก็ไม่มีการตรวจพบแรงระยะไกลใหม่หรืออนุภาคไร้มวลใดๆ ดังนั้นสิ่งใดก็ตามที่ทำให้อนุภาคเหล่านี้มีมวลจะต้องไม่ "ทำลาย" ความไม่แปรเปลี่ยนของเกจซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับส่วนอื่นๆ ของทฤษฎีที่มันทำงานได้ดีและจะต้องไม่ต้องการหรือทำนายอนุภาคไร้มวลหรือแรงระยะไกลที่ไม่คาดคิดซึ่งดูเหมือนจะไม่มีอยู่จริงในธรรมชาติ

วิธีแก้ปัญหาที่ทับซ้อนกันทั้งหมดเหล่านี้มาจากการค้นพบกรณีขอบเขตที่ไม่เคยมีใครสังเกตมาก่อนซึ่งซ่อนอยู่ในคณิตศาสตร์ของทฤษฎีบทของโกลด์สโตน^{[ p ]} ซึ่งภายใต้เงื่อนไขบางประการอาจเป็นไปได้ในทางทฤษฎีที่สมมาตรจะถูกทำลายโดยไม่รบกวนความไม่แปรผันของเกจและไม่มีอนุภาคหรือแรงไร้มวลใหม่ใด ๆ และมีผลลัพธ์ที่ "สมเหตุสมผล" ( ปรับค่าใหม่ได้ ) ทางคณิตศาสตร์ สิ่งนี้กลายเป็นที่รู้จักในชื่อกลไกฮิกส์

แบบจำลองมาตรฐานตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับสนามที่รับผิดชอบต่อปรากฏการณ์นี้ เรียกว่าสนามฮิกส์ (สัญลักษณ์: $\phi$ สนามฮิกส์ (Higgs field) มีคุณสมบัติพิเศษคือมีแอมพลิจูดที่ไม่เป็นศูนย์ในสถานะพื้นฐาน กล่าวคือ มี ค่าคาดหวังสุญญากาศที่ไม่เป็นศูนย์ผลกระทบนี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากศักยภาพรูปทรง "หมวกปีกกว้าง" ที่ไม่ธรรมดา ซึ่ง "จุดต่ำสุด" ไม่ได้อยู่ที่ "ศูนย์กลาง" กล่าวโดยง่ายคือ ต่างจากสนามอื่นๆ ที่รู้จักทั้งหมด สนามฮิกส์ต้องการ พลังงาน น้อยกว่าเพื่อให้มีค่าที่ไม่เป็นศูนย์ เมื่อเทียบกับค่าที่เป็นศูนย์ ดังนั้นมันจึงมีค่าที่ไม่เป็นศูนย์ทุกที่ต่ำกว่าระดับพลังงานที่สูงมาก การมีอยู่ของค่าคาดหวังสุญญากาศที่ไม่เป็นศูนย์นี้จะทำลาย สมมาตรเกจไฟฟ้าอ่อน โดยอัตโนมัติ ซึ่งจะทำให้เกิดกลไกฮิกส์และกระตุ้นให้อนุภาคที่ทำปฏิกิริยากับสนามได้รับมวล ผลกระทบนี้เกิดขึ้นเนื่องจาก ส่วนประกอบ สนามสเกลาร์ของสนามฮิกส์ถูก "ดูดซับ" โดยโบซอนที่มีมวลเป็นระดับความเป็นอิสระและเชื่อมต่อกับเฟอร์มิออนผ่านการเชื่อมต่อแบบยูคาวาจึงสร้างเทอมมวลที่คาดหวังไว้ เมื่อสมมาตรแตกภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้โบซอนโกลด์สโตนที่เกิดขึ้นจะทำปฏิกิริยากับสนามฮิกส์ (และกับอนุภาคอื่นๆ ที่สามารถทำปฏิกิริยากับสนามฮิกส์ได้) แทนที่จะกลายเป็นอนุภาคไร้มวลใหม่ ปัญหาที่แก้ไขไม่ได้ของทฤษฎีพื้นฐานทั้งสองจะ "ทำให้เป็นกลาง" ซึ่งกันและกัน และผลลัพธ์ที่เหลืออยู่คืออนุภาคพื้นฐานจะได้รับมวลที่สอดคล้องกันโดยขึ้นอยู่กับว่าพวกมันทำปฏิกิริยากับสนามฮิกส์อย่างแรงเพียงใด นี่เป็นกระบวนการที่ง่ายที่สุดที่ทราบกันดีว่าสามารถให้มวลแก่โบซอนเกจ ได้ ในขณะที่ยังคงเข้ากันได้กับทฤษฎีเกจ [ ^{152 ] ค}วอนตัมของมันจะเป็นโบซอนสเกลาร์ซึ่งรู้จักกันในชื่อโบซอนฮิกส์^{[ 153 ]}

คำอธิบายอย่างง่ายของทฤษฎี ตั้งแต่จุดเริ่มต้นในเรื่องสภาพนำยิ่งยวด

กลไกฮิกส์ที่เสนอขึ้นนั้นเกิดขึ้นจากทฤษฎีที่เสนอขึ้นเพื่ออธิบายการสังเกตการณ์ในสภาพนำยิ่งยวด ตัวนำยิ่งยวดไม่ยอมให้สนามแม่เหล็กภายนอกทะลุผ่านได้ ( ปรากฏการณ์เมสเนอร์ ) การสังเกตการณ์ที่แปลกประหลาดนี้บ่งชี้ว่า ในระหว่างปรากฏการณ์นี้ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะมีระยะสั้นลงด้วยเหตุผลบางประการ ทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จในการอธิบายเรื่องนี้เกิดขึ้นในช่วงทศวรรษ 1950 โดยเริ่มจากเฟอร์มิออน ( ทฤษฎี Ginzburg–Landauปี 1950) และต่อมาคือโบซอน ( ทฤษฎี BCSปี 1957)

ในทฤษฎีเหล่านี้ สภาพนำยิ่งยวดถูกตีความว่าเกิดจาก สนาม คอนเดนเซตที่มีประจุในขั้นต้น ค่าคอนเดนเซตไม่มีทิศทางที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งหมายความว่าเป็นสเกลาร์ แต่เฟส ของมัน สามารถกำหนดเกจได้ในทฤษฎีสนามแบบเกจ ในการทำเช่นนั้น สนามจะต้องมีประจุ สนามสเกลาร์ที่มีประจุจะต้องเป็นจำนวนเชิงซ้อนด้วย (หรืออธิบายอีกวิธีหนึ่งคือ ประกอบด้วยอย่างน้อยสององค์ประกอบ และสมมาตรที่สามารถหมุนแต่ละองค์ประกอบไปเป็นองค์ประกอบอื่นได้) ในทฤษฎีเกจแบบง่าย การแปลงเกจของคอนเดนเซตมักจะหมุนเฟส แต่ในกรณีเหล่านี้ มันจะกำหนดเฟสที่ต้องการแทน อย่างไรก็ตาม ปรากฏว่าการกำหนดเกจเพื่อให้คอนเดนเซตมีเฟสเดียวกันทุกที่นั้น ทำให้สนามแม่เหล็กไฟฟ้ามีเทอมพิเศษเพิ่มขึ้น เทอมพิเศษนี้ทำให้สนามแม่เหล็กไฟฟ้ามีระยะสั้นลง

เมื่อทฤษฎีนี้ได้รับความสนใจในสาขาฟิสิกส์อนุภาค ความคล้ายคลึงกันก็ชัดเจน การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีระยะไกลปกติให้กลายเป็นระยะสั้น ภายในทฤษฎีเกจอินแวเรียนต์ เป็นผลที่ต้องการสำหรับโบซอนของแรงอ่อน (เนื่องจากแรงระยะไกลมีโบซอนเกจไร้มวล และแรงระยะสั้นหมายถึงโบซอนเกจมีมวล ซึ่งแสดงให้เห็นว่าผลของการปฏิสัมพันธ์นี้คือโบซอนเกจของสนามได้รับมวล หรือผลที่คล้ายคลึงกันและเทียบเท่ากัน) คุณสมบัติของสนามที่จำเป็นในการทำเช่นนี้ก็ได้รับการกำหนดไว้อย่างดีเช่นกัน – มันจะต้องเป็นสนามสเกลาร์ที่มีประจุ มีอย่างน้อยสององค์ประกอบ และซับซ้อนเพื่อรองรับสมมาตรที่สามารถหมุนองค์ประกอบเหล่านี้เข้าหากันได้^{[ v ]}

แบบจำลองทางเลือก

แบบจำลองมาตรฐานขั้นต่ำ (Minimal Standard Model) ที่อธิบายไว้ข้างต้น เป็นแบบจำลองที่ง่ายที่สุดเท่าที่รู้จักสำหรับกลไกฮิกส์ โดยมีเพียงสนามฮิกส์เดียว อย่างไรก็ตาม ภาคฮิกส์ที่ขยายออกไปโดยมีอนุภาคฮิกส์คู่หรือสามตัวเพิ่มเติมก็เป็นไปได้เช่นกัน และส่วนขยายของแบบจำลองมาตรฐานจำนวนมากมีคุณสมบัตินี้ ภาคฮิกส์ที่ไม่ใช่ขั้นต่ำที่ทฤษฎีนิยมใช้คือแบบ จำลองสองฮิกส์คู่ (2HDM) ซึ่งทำนายการมีอยู่ของอนุภาคสเกลาร์ห้าตัว ได้แก่ ฮิกส์โบซอนกลางแบบ CP-even สองตัวh₀ และH₀ ^ฮิ^กส์โบซอนกลางแบบ CP-odd หนึ่งตัว A₀ ^และอนุภาคฮิกส์ที่มีประจุสองตัว H⁻ ^{ทฤษฎี}ซูเปอร์สมมาตร ("SUSY") ยังทำนายความสัมพันธ์ระหว่างมวลของฮิกส์โบซอนและมวลของเกจโบซอน และสามารถรองรับได้125 GeV/ c ²ฮิกส์โบซอนที่เป็นกลาง

วิธีการสำคัญในการแยกแยะความแตกต่างระหว่างแบบจำลองต่างๆ เหล่านี้เกี่ยวข้องกับการศึกษาปฏิสัมพันธ์ของอนุภาค ("การจับคู่") และกระบวนการสลายตัวที่แน่นอน ("อัตราส่วนการแตกแขนง") ซึ่งสามารถวัดและทดสอบได้ในเชิงทดลองในการชนกันของอนุภาค ในแบบจำลอง 2HDM ประเภทที่ 1 ฮิกส์ดับเบิลเล็ตหนึ่งจับคู่กับควาร์กอัพและดาวน์ ในขณะที่ดับเบิลเล็ตที่สองไม่จับคู่กับควาร์ก แบบจำลองนี้มีขีดจำกัดที่น่าสนใจสองประการ ซึ่งฮิกส์ที่เบาที่สุดจับคู่กับเฟอร์มิออนเท่านั้น ("เกจโฟบิก ") หรือโบซอนเกจเท่านั้น ("เฟอร์มิโอโฟบิก") แต่ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง ในแบบจำลอง 2HDM ประเภทที่ 2 ฮิกส์ดับเบิลเล็ตหนึ่งจับคู่กับควาร์กอัพเท่านั้น ส่วนอีกคู่หนึ่งจับคู่กับควาร์กดาวน์เท่านั้น^{[ 154 ]}แบบจำลองมาตรฐานซูเปอร์สมมาตรขั้นต่ำ (MSSM) ที่มีการวิจัยอย่างหนักประกอบด้วยภาคฮิกส์ 2HDM ประเภทที่ 2 ดังนั้นจึงสามารถพิสูจน์ได้ว่าไม่ถูกต้องโดยหลักฐานของฮิกส์ 2HDM ประเภทที่ 1

ในแบบจำลองอื่นๆ สเกลาร์ฮิกส์เป็นอนุภาคประกอบ ตัวอย่างเช่น ในเทคนิค คัลเลอร์ บทบาทของสนามฮิกส์นั้นเล่นโดยคู่ของเฟอร์มิออนที่ยึดเหนี่ยวกันอย่างแน่นหนาที่เรียกว่าเทคนิคควาร์กแบบจำลองอื่นๆ มีคู่ของท็อปควาร์ก (ดูคอนเดนเซตท็อปควาร์ก ) ในแบบจำลองอื่นๆ อีกนั้น ไม่มีสนามฮิกส์เลยและสมมาตรอิเล็กโทรวีคจะถูกทำลายโดยใช้มิติพิเศษ^{[ 155 ]}^{[ 156 ]}

ประเด็นทางทฤษฎีเพิ่มเติมและปัญหาลำดับชั้น

แผนภาพ Feynmanแบบหนึ่งลูปของการแก้ไขอันดับแรกต่อมวลของฮิกส์ ในแบบจำลองมาตรฐาน ผลกระทบของการแก้ไขเหล่านี้อาจมีขนาดใหญ่มาก ทำให้เกิดปัญหาที่เรียกว่าปัญหาลำดับชั้น

แบบจำลองมาตรฐานกำหนดให้มวลของอนุภาคฮิกส์เป็นพารามิเตอร์ที่ต้องวัด ไม่ใช่ค่าที่ต้องคำนวณ ซึ่งในทางทฤษฎีแล้วถือว่าไม่น่าพอใจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากการแก้ไขควอนตัม (ที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคเสมือน ) ควรจะทำให้อนุภาคฮิกส์มีมวลสูงกว่าที่สังเกตได้มาก แต่ในขณะเดียวกัน แบบจำลองมาตรฐานก็ต้องการมวลที่มีขนาดประมาณ...100 ถึง 1000 GeV/ c²เพื่อให้มั่นใจถึงความเป็นเอกภาพ (ในกรณีนี้ เพื่อ ^ให้การกระเจิงของเวกเตอร์โบซอนตามแนวยาวเป็นเอกภาพ) ^{[ 157 ]}การประนีประนอมประเด็นเหล่านี้ดูเหมือนจะต้องอธิบายว่าเหตุใดจึงมีการหักล้างที่เกือบสมบูรณ์แบบ ส่งผลให้มวลที่มองเห็นได้ของ ~ 125 GeV/ c²และยังไม่ชัดเจนว่าจะทำเช่นนี้ได้อย่างไร เนื่องจากแรงอ่อนนั้นแข็งแกร่งกว่าแรงโน้มถ่วงประมาณ^10³²^เท่าและ (เชื่อมโยงกับเรื่องนี้) มวลของฮิกส์โบซอนนั้นน้อยกว่ามวลพลังค์หรือพลังงานรวมใหญ่ มาก จึงดูเหมือนว่าอาจมีความเชื่อมโยงหรือเหตุผลพื้นฐานบางอย่างสำหรับการสังเกตการณ์เหล่านี้ซึ่งไม่เป็นที่รู้จักและไม่ได้อธิบายไว้ในแบบจำลองมาตรฐาน หรือการปรับแต่งพารามิเตอร์ อย่างละเอียดและแม่นยำอย่างยิ่งที่ยังไม่สามารถอธิบายได้ –อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันยังไม่มีการพิสูจน์คำอธิบายใดๆ เหล่านี้ ปัญหานี้เรียกว่าปัญหาลำดับชั้น^[¹⁵⁸^]โดยทั่วไปแล้ว ปัญหาลำดับชั้นหมายถึงความกังวลว่าทฤษฎีในอนาคตของอนุภาคพื้นฐานและการปฏิสัมพันธ์ ไม่ควรมี การปรับแต่งอย่างละเอียดมากเกินไปหรือการหักล้างที่ละเอียดอ่อนเกินไป และควรอนุญาตให้คำนวณมวลของอนุภาคเช่นฮิกส์โบซอนได้ ปัญหาดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะสำหรับอนุภาคสปิน 0 (เช่น ฮิกส์โบซอน) ในบางแง่มุม ซึ่งอาจก่อให้เกิดปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการแก้ไขควอนตัมที่ไม่ส่งผลกระทบต่ออนุภาคที่มีสปิน^[¹⁵⁷^]มีการเสนอวิธีแก้ปัญหาหลายวิธีรวมถึงซูเปอร์สมมาตรวิธีแก้ปัญหาแบบคอนฟอร์มอล และวิธีแก้ปัญหาผ่านมิติพิเศษ เช่นแบบจำลองแบรนเวิลด์

นอกจากนี้ยังมีปัญหาเรื่องความไม่สำคัญของควอนตัมซึ่งบ่งชี้ว่าอาจเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างทฤษฎีสนามควอนตัมที่สอดคล้องกันซึ่งเกี่ยวข้องกับอนุภาคสเกลาร์พื้นฐาน สิ่งนี้อาจนำไปสู่มวลฮิกส์ที่คาดการณ์ได้ในสถานการณ์ความปลอดภัยเชิงอะซิมโทติก^{[ 159 ]}

คุณสมบัติ

คุณสมบัติของสนามฮิกส์

ในแบบจำลองมาตรฐาน ฟิลด์ฮิกส์เป็นฟิลด์สเกลาร์แทคิออนิก– สเกลาร์หมายความว่ามันไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การแปลงลอเรนซ์และแทคิออนิกหมายความว่าฟิลด์ (แต่ไม่ใช่อนุภาค) มีมวลจินตนาการและในบางการกำหนดค่าจะต้องมีการทำลายสมมาตรประกอบด้วยส่วนประกอบสี่ส่วน: สองส่วนที่เป็นกลางและสองส่วนที่มีประจุ ส่วนประกอบ ที่มีประจุทั้งสองส่วนและหนึ่งในส่วนที่เป็นกลางเป็นโบซอนโกลด์สโตนซึ่งทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบโพลาไรเซชันที่สามตามแนวยาวของ โบซอน W ⁺ , W− ^และ Z ที่ มีมวล ควอนตัมของส่วนประกอบที่เป็นกลางที่เหลือสอดคล้องกับ (และได้รับการตระหนักในทางทฤษฎีว่าเป็น) โบซอนฮิกส์ที่มีมวล^[¹⁶⁰^]ส่วนประกอบนี้สามารถมีปฏิสัมพันธ์กับเฟอร์มิออนผ่านการเชื่อมโยงยูคาวาเพื่อให้พวกมันมีมวลเช่นกัน

ในทางคณิตศาสตร์ สนามฮิกส์มีมวลจินตนาการและดังนั้นจึงเป็นสนามทาคิออน^{[ w ]}ในขณะที่ทาคิออน ( อนุภาคที่เคลื่อนที่เร็วกว่าแสง ) เป็นเพียงแนวคิดเชิงสมมติฐานสนามที่มีมวลจินตนาการได้เข้ามามีบทบาทสำคัญในฟิสิกส์สมัยใหม่^{[ 162 ]}^{[ 163 ]}ภายใต้สถานการณ์ใดๆ การกระตุ้นจะไม่แพร่กระจายเร็วกว่าแสงในทฤษฎีดังกล่าว–การมีอยู่หรือไม่มีอยู่ของมวลทาคิออนไม่มีผลใดๆ ต่อความเร็วสูงสุดของสัญญาณ (ไม่มีการละเมิดความเป็นเหตุเป็น ผล ) ^[¹⁶⁴^]แทนที่จะเป็นอนุภาคที่เร็วกว่าแสง มวลจินตนาการกลับสร้างความไม่เสถียร: การกำหนดค่าใดๆ ที่การกระตุ้นสนามหนึ่งหรือมากกว่านั้นเป็นทาคิออนจะต้องสลายตัวโดยธรรมชาติ และการกำหนดค่าที่ได้จะไม่มีทาคิออนทางกายภาพ กระบวนการนี้เรียกว่าการควบแน่นของแทคยอนและปัจจุบันเชื่อกันว่าเป็นคำอธิบายว่ากลไกฮิกส์เกิดขึ้นในธรรมชาติได้อย่างไร และด้วยเหตุนี้จึงเป็นสาเหตุของการแตกหักของสมมาตรอิเล็กโทรวีค

แม้ว่าแนวคิดเรื่องมวลจินตนาการอาจดูน่ากังวล แต่เป็นเพียงสนามเท่านั้น ไม่ใช่มวลเอง ที่ถูกควอนตัม ดังนั้นตัวดำเนินการสนามณจุดที่แยกจากกันในอวกาศ ยังคง สลับตำแหน่งกันได้ (หรือสลับตำแหน่งกันไม่ได้)และข้อมูลและอนุภาคยังคงไม่แพร่กระจายเร็วกว่าแสง^{[ 165 ]}การควบแน่นของแทคยอนทำให้ระบบทางกายภาพที่ถึงขีดจำกัดเฉพาะที่–และอาจคาดหวังอย่างง่ายๆ ว่าจะผลิตแทคยอนทางกายภาพ–ไปสู่สถานะเสถียรอื่นที่ไม่มีแทคยอนทางกายภาพอยู่ เมื่อสนามแทคยอน เช่น สนามฮิกส์ ถึงค่าต่ำสุดของศักยภาพ ควอนตัมของมันจะไม่ใช่แทคยอนอีกต่อไป แต่เป็นอนุภาคธรรมดา เช่น โบซอนฮิกส์^[¹⁶⁶^]

คุณสมบัติของอนุภาคฮิกส์

เนื่องจากสนามฮิกส์เป็นสเกลาร์อนุภาคฮิกส์จึงไม่มีสปิน อนุภาคฮิกส์ยังเป็น อนุภาคปฏิปักษ์ของตัวเองเป็นCP-evenและมีประจุไฟฟ้าและประจุสีเป็น ศูนย์ ^{[ 167 ]}

แบบจำลองมาตรฐานไม่ได้ทำนายมวลของฮิกส์โบซอน^{[ 168 ]}หากมวลนั้นอยู่ระหว่าง115 และ 180 GeV/ c² (สอดคล้องกับการสังเกตเชิงประจักษ์^ของ125 GeV/ c² ⁾ดังนั้นแบบจำลองมาตรฐานจึงสามารถใช้ได้ที่ระดับพลังงานตั้งแต่ระดับพลังงานต่ำสุดไปจนถึงระดับพลังงานพลังค์ (10 ¹⁹ GeV/ c ² ). ^{[ 169 ]}ควรจะเป็นอนุภาคเดียวในแบบจำลองมาตรฐานที่ยังคงมีมวลแม้ที่พลังงานสูง นักทฤษฎีหลายคนคาดหวังว่าฟิสิกส์ใหม่ที่อยู่นอกเหนือแบบจำลองมาตรฐานจะเกิดขึ้นที่ระดับ TeV โดยอิงจากคุณสมบัติที่ไม่น่าพอใจของแบบจำลองมาตรฐาน^{[ 170 ]} ระดับมวลสูงสุดที่เป็นไปได้ที่อนุญาตสำหรับฮิกส์โบซอน (หรือกลไกการทำลายสมมาตรอิเล็กโทรวีคอื่นๆ) คือ 1.4 TeV; เกินกว่าจุดนี้ แบบจำลองมาตรฐานจะไม่สอดคล้องกันหากไม่มีกลไกดังกล่าว เพราะความเป็นเอกภาพถูกละเมิดในกระบวนการกระเจิงบางอย่าง^{[ 171 ]}

นอกจากนี้ ยังเป็นไปได้ที่จะประมาณมวลของอนุภาคฮิกส์โดยอ้อม แม้ว่าจะทำได้ยากในทางทดลองก็ตาม ในแบบจำลองมาตรฐาน อนุภาคฮิกส์มีผลกระทบทางอ้อมหลายประการ ที่เห็นได้ชัดที่สุดคือ วงฮิกส์ (Higgs loops) ส่งผลให้เกิดการแก้ไขเล็กน้อยต่อมวลของอนุภาค W และ Z การวัดค่าพารามิเตอร์อิเล็กโทรวีคอย่างแม่นยำ เช่นค่าคงที่เฟอร์มิและมวลของอนุภาค W และ Z สามารถนำมาใช้คำนวณข้อจำกัดเกี่ยวกับมวลของอนุภาคฮิกส์ได้ ณ เดือนกรกฎาคม 2011 การวัดค่าอิเล็กโทรวีคอย่างแม่นยำบอกเราว่า มวลของอนุภาคฮิกส์น่าจะน้อยกว่าประมาณ161 GeV/ c² ที่ ระดับความเชื่อมั่น 95 % ^{[ x}^{] ข้อจำกัดทางอ้อมเหล่านี้ขึ้นอยู่กับสมมติฐานที่ว่า}^แบบจำลองมาตรฐานถูกต้อง อาจยังคงเป็นไปได้ที่จะค้นพบอนุภาคฮิกส์ที่มีมวลมากกว่าเหล่านี้ หากมันมาพร้อมกับอนุภาคอื่นนอกเหนือจากที่แบบจำลองมาตรฐานรองรับ^{[ 173 ]}

เครื่องเร่งอนุภาค LHC ไม่สามารถวัดอายุขัยของอนุภาคฮิกส์ได้โดยตรง เนื่องจากมีอายุสั้นมาก มีการคาดการณ์ว่าอายุขัยของอนุภาคฮิกส์จะเป็นดังนี้1.56 × 10 ⁻²² วินาทีโดยอิงจากความกว้างการสลายตัว ที่คาดการณ์ไว้ ของ4.07 × 10 ⁻³ GeV ^{[ 2} ] อย่างไรก็ตาม สามารถวัดได้โดยอ้อม โดยอาศัยการเปรียบเทียบมวลที่วัดจากปรากฏการณ์ควอนตัมที่เกิดขึ้นใน เส้นทางการผลิต บนเปลือกและใน เส้นทางการผลิต นอกเปลือกที่ หายากกว่ามาก ซึ่ง ^ได้มาจากการสลายตัวของ Dalitz ผ่านโฟตอนเสมือน(H → γ*γ → ℓℓγ)โดยใช้เทคนิคนี้ อายุการใช้งานของโบซอนฮิกส์ได้รับการวัดเบื้องต้นในปี 2021 เป็น1.2 –4.6 × 10 ⁻²² วินาทีที่ระดับนัยสำคัญ sigma 3.2 (1 ใน 1000)^{[ 3 ]}^{[ 6 ]}

การผลิต

แผนภาพเฟย์นแมนสำหรับการผลิตฮิกส์
การหลอมรวมกลูออน	ฮิกส์ สตราห์ลุง
การรวมตัวของเวกเตอร์โบซอน	ท็อปฟิวชั่น

หากทฤษฎีอนุภาคฮิกส์ถูกต้อง อนุภาคฮิกส์ก็สามารถผลิตได้เช่นเดียวกับอนุภาคอื่นๆ ที่ศึกษาในเครื่องเร่งอนุภาคกระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการเร่งอนุภาคจำนวนมากให้มีพลังงานสูงมากและใกล้เคียงกับความเร็วแสงจากนั้นจึงปล่อยให้พวกมันชนกัน ในเครื่องเร่งอนุภาค LHC นั้นใช้ โปรตอนและไอออน ตะกั่ว ( นิวเคลียสเปล่าของอะตอม ตะกั่ว ) ในการชนกันที่พลังงานสูงมาก อนุภาคที่ต้องการจะถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งคราว และสามารถตรวจจับและศึกษาได้ การไม่มีอยู่หรือความแตกต่างจากที่คาดการณ์ไว้ทางทฤษฎีก็สามารถนำมาใช้ปรับปรุงทฤษฎีได้เช่นกัน ทฤษฎีอนุภาคที่เกี่ยวข้อง (ในกรณีนี้คือแบบจำลองมาตรฐาน) จะกำหนดชนิดของการชนและเครื่องตรวจจับที่จำเป็น แบบจำลองมาตรฐานทำนายว่าอนุภาคฮิกส์สามารถเกิดขึ้นได้หลายวิธี^{[ 94 ]}^{[ 174 ]}^{[ 175 ]}แม้ว่าความน่าจะเป็นของการสร้างอนุภาคฮิกส์ในการชนกันใดๆ ก็ตามคาดว่าจะน้อยมากเสมอเช่น มี อนุภาคฮิกส์เพียงหนึ่งอนุภาคต่อการชนกัน 10,000 ล้านครั้งในเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่^[^r^]กระบวนการที่คาดว่าจะเกิดขึ้นบ่อยที่สุดสำหรับการผลิตอนุภาคฮิกส์ ได้แก่:

การหลอมรวมกลูออน: หากอนุภาคที่ชนกันเป็นแฮดรอนเช่นโปรตอนหรือแอนติโปรตอน–ดังเช่นกรณีใน LHC และ Tevatron – ก็มีความเป็นไปได้มากที่สุดที่ กลูออนสอง ตัว ที่ยึดแฮดรอนเข้าด้วยกันจะชนกัน วิธีที่ง่ายที่สุดในการสร้างอนุภาคฮิกส์คือหากกลูออนสองตัวรวมกันเพื่อสร้างวง ควาร์ก เสมือน (ดูแผนภาพ Feynman) เนื่องจากการเชื่อมโยงของอนุภาคกับโบซอนฮิกส์เป็นสัดส่วนกับมวลของพวกมัน กระบวนการนี้จึงมีโอกาสเกิดขึ้นได้มากกว่าสำหรับอนุภาคหนัก ในทางปฏิบัติ การพิจารณาเฉพาะส่วนประกอบของ ควาร์ก บนและล่าง เสมือน (ควาร์กที่หนักที่สุด) ก็เพียงพอแล้ว กระบวนการนี้เป็นส่วนประกอบหลักใน LHC และ Tevatron โดยมีโอกาสเกิดขึ้นมากกว่ากระบวนการอื่นๆ ประมาณสิบเท่า^[⁹⁴^]^[¹⁷⁴^]
ฮิกส์ สตราห์ลุง: หากเฟอร์มิออน พื้นฐาน ชนกับแอนติเฟอร์มิออนเช่นควาร์กกับแอนติควาร์ก หรืออิเล็กตรอนกับโพซิตรอนทั้งสองสามารถรวมกันเพื่อสร้างโบซอนเสมือน W หรือ Z ซึ่งหากมีพลังงานเพียงพอ ก็สามารถปล่อยโบซอนฮิกส์ออกมาได้ กระบวนการนี้เป็นโหมดการผลิตหลักที่ LEP ซึ่งอิเล็กตรอนและโพซิตรอนชนกันเพื่อสร้างโบซอนเสมือน Z และเป็นการมีส่วนร่วมที่ใหญ่เป็นอันดับสองในการผลิตฮิกส์ที่ Tevatron ที่ LHC กระบวนการนี้เป็นเพียงการมีส่วนร่วมที่ใหญ่เป็นอันดับสามเท่านั้น เนื่องจาก LHC ชนโปรตอนกับโปรตอน ทำให้การชนกันของควาร์กและแอนติควาร์กมีโอกาสน้อยกว่าที่ Tevatron Higgs Strahlung ยังเป็นที่รู้จักในชื่อการผลิตแบบสัมพันธ์^[⁹⁴^]^[¹⁷⁴^]^[¹⁷⁵^]
การรวมตัวของโบซอนที่อ่อนแอ: ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งเมื่อเฟอร์มิออน (หรือแอนติเฟอร์มิออน) สองตัวชนกันคือ ทั้งสองจะแลกเปลี่ยนโบซอนเสมือน W หรือ Z ซึ่งปล่อยโบซอนฮิกส์ออกมา เฟอร์มิออนที่ชนกันไม่จำเป็นต้องเป็นประเภทเดียวกัน ตัวอย่างเช่นควาร์กอัพอาจแลกเปลี่ยนโบซอน Z กับแอนติควาร์กดาวน์ กระบวนการนี้มีความสำคัญเป็นอันดับสองสำหรับการผลิตอนุภาคฮิกส์ที่ LHC และ LEP ^{[ 94 ]}^{[ 175 ]}
ท็อปฟิวชั่น: กระบวนการสุดท้ายที่มักถูกพิจารณาคือกระบวนการที่มีโอกาสน้อยที่สุด (สองลำดับขนาด) กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการชนกันของกลูออนสองตัว ซึ่งแต่ละตัวจะสลายตัวเป็นคู่ควาร์ก-แอนติควาร์กหนัก จากนั้นควาร์กและแอนติควาร์กจากแต่ละคู่สามารถรวมกันเพื่อสร้างอนุภาคฮิกส์ได้^{[ 94 ]}^{[ 174 ]}

การผุพัง

การคาดการณ์ของแบบจำลองมาตรฐานเกี่ยวกับความกว้างของการสลายตัวของอนุภาคฮิกส์นั้นขึ้นอยู่กับค่ามวลของมัน

กลศาสตร์ควอนตัมทำนายว่าหากเป็นไปได้ที่อนุภาคจะสลายตัวเป็นชุดของอนุภาคที่เบากว่า มันก็จะสลายตัวในที่สุด^{[ 176 ]}สิ่งนี้ก็เป็นจริงสำหรับฮิกส์ โบซอนเช่นกัน ความน่าจะเป็นที่จะเกิดขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ได้แก่ ความแตกต่างของมวล ความแรงของปฏิสัมพันธ์ ฯลฯ ปัจจัยส่วนใหญ่เหล่านี้ถูกกำหนดโดยแบบจำลองมาตรฐาน (SM) ยกเว้นมวลของฮิกส์โบซอนเอง เนื่องจากฮิกส์ โบซอนมีมวลเท่ากับ125 GeV/ c² แบบจำลองมาตรฐาน (SM ⁾ทำนายอายุขัยเฉลี่ยได้ประมาณ1.6 × 10 ⁻²² วินาที . ^{[ b ]}

การคาดการณ์ของแบบจำลองมาตรฐานเกี่ยวกับอัตราส่วนการแตกแขนงของโหมดการสลายตัวต่างๆ ของอนุภาคฮิกส์นั้นขึ้นอยู่กับค่ามวลของมัน

เนื่องจากฮิกส์โบซอนมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคพื้นฐานที่มีมวลทั้งหมดของแบบจำลองมาตรฐาน (SM) จึงมีกระบวนการสลายตัวได้หลายแบบ แต่ละกระบวนการที่เป็นไปได้เหล่านี้มีโอกาสเกิดขึ้นเฉพาะตัว ซึ่งแสดงออกมาใน รูปของอัตราส่วนการแตกแขนง ( branching ratio ) คือเศษส่วนของจำนวนการสลายตัวทั้งหมดที่เกิดขึ้นตามกระบวนการนั้น แบบจำลองมาตรฐานทำนายอัตราส่วนการแตกแขนงเหล่านี้เป็นฟังก์ชันของมวลของฮิกส์ (ดูแผนภาพด้านขวา )

ฮิกส์โบซอนสลายตัวเป็น (ก) คู่เวกเตอร์โบซอนหนัก (ข) คู่เฟอร์มิออน-แอ ^น ติเฟอร์มิออน และ (ค,ง) โฟตอนคู่ $γγ$ หรือ $Zγ$ ^[¹⁷⁷ ]

วิธีหนึ่งที่ฮิกส์สามารถสลายตัวได้คือการแยกตัวออกเป็นคู่เฟอร์มิออน-แอนติเฟอร์มิออน โดยทั่วไปแล้ว ฮิกส์มีแนวโน้มที่จะสลายตัวเป็นเฟอร์มิออนหนักมากกว่าเฟอร์มิออนเบา เนื่องจากมวลของเฟอร์มิออนเป็นสัดส่วนกับความแรงของการปฏิสัมพันธ์กับฮิกส์^{[ 126 ]}ตามตรรกะนี้ การสลายตัวที่พบบ่อยที่สุดควรจะเป็น คู่ควาร์ก ท็อป -แอนติท็อป อย่างไรก็ตาม การสลายตัวดังกล่าวจะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อฮิกส์มีมวลมากกว่า ~346 GeV/ c²ซึ่งเป็นสองเท่าของมวลของควาร์กท็อป เมื่อกำหนดมวลของฮิกส์^เป็นที่ 125 GeV/ c² ^แบบจำลองมาตรฐาน (SM) ทำนายว่าการสลายตัวที่พบบ่อยที่สุดคือการเกิดเป็น คู่ควาร์กบอท ทอม -แอนติบอททอม ซึ่งเกิดขึ้น 57.7% ของเวลา^{[ 2 ]}การสลายตัวของเฟอร์มิออนที่พบบ่อยเป็นอันดับสองที่มวลนั้นคือ คู่ เทา -แอนติเทา ซึ่งเกิดขึ้นเพียงประมาณ 6.3% ของเวลา^{[ 2 ]}

อีกความเป็นไปได้หนึ่งคือฮิกส์อาจแตกตัวออกเป็นโบซอนเกจมวลมากสองตัว ความเป็นไปได้ที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดคือฮิกส์จะสลายตัวเป็น โบซอน W สองตัว (เส้นสีฟ้าอ่อนในกราฟ) ซึ่งเกิดขึ้นประมาณ 21.5% ของเวลาสำหรับโบซอนฮิกส์ที่มีมวล 0.05125 GeV/ c² ^[² ] โบซอน W สามารถสลายตัวต่อไปเป็นควาร์กและแอนติควาร์ก หรือเป็นเลปตอนที่มีประจุและนิวตริโน การสลายตัวของโบซอน W ^เป็น^ค วาร์กนั้นยากที่จะแยกแยะออกจากพื้นหลัง และการสลายตัวเป็นเลปตอนไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่ได้อย่างสมบูรณ์ (เนื่องจากนิวตริโนไม่สามารถตรวจจับได้ในการทดลองการชนกันของอนุภาค) สัญญาณที่ชัดเจนกว่าจะได้รับจากการสลายตัวเป็นคู่ของ โบซอน Z (ซึ่งเกิดขึ้นประมาณ 2.6% ของเวลาสำหรับฮิกส์ที่มีมวล )125 GeV/ c ² ), ^{[ 2 ]}หากโบซอนแต่ละตัวสลายตัวเป็นคู่ของเลปตอนประจุที่ตรวจจับได้ง่าย ( อิเล็กตรอนหรือมิวออน )

การสลายตัวเป็นโบซอนเกจไร้มวล (เช่นกลูออนหรือโฟตอน ) ก็เป็นไปได้เช่นกัน แต่ต้องมีวงวนของควาร์กหนักเสมือน (ท็อปหรือบอททอม) หรือโบซอนเกจที่มีมวลอยู่ตรงกลาง^{[ 126 ]}กระบวนการดังกล่าวที่พบได้บ่อยที่สุดคือการสลายตัวเป็นคู่ของกลูออนผ่านวงวนของควาร์กหนักเสมือน กระบวนการนี้ซึ่งเป็นกระบวนการย้อนกลับของกระบวนการหลอมรวมกลูออนที่กล่าวถึงข้างต้น เกิดขึ้นประมาณ 8.6% ของเวลาสำหรับโบซอนฮิกส์ที่มีมวลเท่ากับ125 GeV/ c²การสลายตัวเป็นคู่โฟตอนที่ถูกไกล่เกลี่ยโดยลูปของ โบซอน W หรือควาร์กหนัก ซึ่งเกิดขึ้นเพียงสองครั้งต่อการสลายตัวหนึ่งพันครั้งนั้น^{หา ยากกว่ามาก}^{[ 2 ]}อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้มีความเกี่ยวข้องอย่างมากกับการค้นหาโบซอนฮิกส์ในเชิงทดลอง เนื่องจากพลังงานและโมเมนตัมของโฟตอนสามารถวัดได้อย่างแม่นยำมาก ทำให้สามารถสร้างมวลของอนุภาคที่สลายตัวได้อย่างแม่นยำ^{[ 126 ]}

ในปี 2021 การสลายตัวแบบดาลิตซ์ ที่หายากมาก ได้รับการสังเกตอย่างไม่เป็นทางการ โดยให้ผลลัพธ์เป็นเลปตอน สองตัว (อิเล็กตรอนหรือมิวออน) และโฟตอนหนึ่งตัว( $ℓℓγ$ )ผ่าน การสลาย ตัวของโฟตอนเสมือนซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้สามวิธี:

จากฮิกส์ไปสู่โฟตอนเสมือนไปสู่ $ℓℓγ$ ซึ่งโฟตอนเสมือน( $γ*$ )มีมวลน้อยมากแต่ไม่เป็นศูนย์
จากฮิกส์ไปยัง โบซอนZ ไปยัง $ℓℓγ$ ,
ฮิกส์กลายเป็นเลปตอนสองตัว โดยตัวหนึ่งปล่อยโฟตอนสถานะสุดท้ายซึ่งนำไปสู่ $ℓℓγ$

ATLAS ค้นหาหลักฐานของปฏิกิริยาแรกเหล่านี้( $H \to γ*γ \to ℓℓγ$ )สำหรับมวลคู่เลปตอนต่ำ( ≤ )30 GeV/ c² ⁾ซึ่งกระบวนการนี้ควรจะเด่น การสังเกตอยู่ที่ระดับนัยสำคัญ 3.2ซิกมา (โอกาสผิดพลาด 1ใน 1000)^[³^]^[⁶^]เส้นทางการสลายตัวนี้มีความสำคัญเพราะช่วยให้สามารถวัดมวลของฮิกส์ โบซอนทั้งแบบ on-shell และ off-shell ได้ (ทำให้สามารถวัดเวลาการสลายตัวทางอ้อมได้) และการสลายตัวเป็นอนุภาคที่มีประจุ 2 อนุภาคช่วยให้สามารถสำรวจการผันประจุและการละเมิดสมมาตรประจุ (CP)ได้^[⁶^]

การผลิตคู่

ที่เครื่องเร่งอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ (LHC) การผลิตคู่ของฮิกส์โบซอนเกิดขึ้นผ่านกลไกที่แตกต่างกันหลายประการ เช่นเดียวกับการผลิตฮิกส์เดี่ยว: ^{[ 178 ]}^{[ 179 ]}

การรวมตัวของกลูออน-กลูออน (ggF)เป็นโหมดการผลิตหลัก โดยดำเนินไปผ่านไดอะแกรมลูปที่เกี่ยวข้องกับควาร์กหนัก โดยเฉพาะควาร์กท็อป และรวมถึงโทโพโลยีทั้งแบบกล่องและ แบบ สามเหลี่ยมไดอะแกรมสามเหลี่ยมขึ้นอยู่กับการเชื่อมโยงตัวเองแบบไตรเชิงเส้นของฮิกส์อย่างชัดเจน และการรบกวนระหว่างไดอะแกรมสามเหลี่ยมกับไดอะแกรมกล่องส่งผลกระทบอย่างมากต่อภาคตัดขวางรวม
การรวมตัวของ เวกเตอร์โบซอน (Vector Boson Fusion หรือ VBF)เกี่ยวข้องกับการแผ่รังสีของฮิกส์โบซอนจากโบซอนเสมือน W หรือ Z ที่แลกเปลี่ยนกันระหว่างควาร์กที่เข้ามา แม้ว่าจะมีอัตราการเกิดไม่มากนัก แต่ VBF ก็มีลักษณะเฉพาะของเหตุการณ์และมีความไวต่อฟิสิกส์ใหม่ๆ ที่เสริมกัน
ช่องทางการ ผลิตที่เกี่ยวข้องเช่นttHH (ที่มีคู่ควาร์กท็อป) และVHH (ที่มีโบซอนเวกเตอร์) จะมีความสำคัญมากขึ้นที่พลังงานศูนย์กลางมวลที่สูงขึ้น และให้ความไวที่ไม่เหมือนใครต่อปฏิสัมพันธ์ระหว่างฮิกส์กับควาร์กท็อป และฮิกส์กับโบซอนเกจ

กลไกการผลิตแต่ละแบบเหล่านี้มีความไวต่อค่าสัมประสิทธิ์การจับคู่ตัวเองของฮิกส์ (λ) ในระดับที่แตกต่างกัน ทำให้กลไกเหล่านี้เป็นองค์ประกอบสำคัญในการค้นหาความเบี่ยงเบนจากคำทำนายของแบบจำลองมาตรฐานอย่างครอบคลุม

คู่ของอนุภาคฮิกส์สามารถสลายตัวได้หลายช่องทาง สถานะสุดท้ายที่ได้รับการศึกษามากที่สุด ได้แก่:

HH → bb̄bb̄ : มีอัตราการแตกแขนงสูงสุด (~34%) แต่มีพื้นหลัง QCD ขนาดใหญ่
HH → bb̄γγ : อัตราส่วนการแตกแขนงต่ำ (~0.3%) แต่มีความละเอียดของมวลที่ดีเยี่ยมเนื่องจากการระบุโฟตอนที่ชัดเจน
HH → bb̄τ⁺τ⁻ : ให้ความสมดุลที่ดีระหว่างอัตราสัญญาณและการปนเปื้อนของพื้นหลัง (~7.3% อัตราส่วนการแตกแขนง)

การเลือกโหมดการสลายตัวส่งผลต่อความไวของการทดลอง LHC ต่อสัญญาณ HH

การอภิปรายสาธารณะ

การตั้งชื่อ

ชื่อที่นักฟิสิกส์ใช้

ชื่อที่เกี่ยวข้องอย่างแน่นแฟ้นที่สุดกับอนุภาคและสนามคือ ฮิกส์โบซอน^{[ 91 ]}^{: 168}และสนามฮิกส์ ในช่วงเวลาหนึ่ง อนุภาคนี้เป็นที่รู้จักโดยการรวมกันของชื่อผู้เขียน PRL (รวมถึง Anderson ในบางครั้ง) ตัวอย่างเช่น อนุภาค Brout–Englert–Higgs อนุภาค Anderson–Higgs หรือกลไก Englert–Brout–Higgs–Guralnik–Hagen–Kibble ^{[ y ]}และชื่อเหล่านี้ยังคงถูกใช้ในบางครั้ง^{[ 63 ]}^{[ 181 ]}ด้วยแรงผลักดันส่วนหนึ่งจากประเด็นเรื่องการยอมรับและรางวัลโนเบลที่อาจได้รับร่วมกัน^{[ 181 ]}^{[ 182 ]} ชื่อที่เหมาะสมที่สุดยังคงเป็นหัวข้อถกเถียงกันอยู่บ้างจนถึงปี 2013 ^{[ 181 ]} ตัวฮิกส์เองชอบที่จะเรียกอนุภาคนี้โดยใช้ตัวย่อของทุกคนที่เกี่ยวข้อง หรือ "โบซอนสเกลาร์" หรือ "อนุภาคฮิกส์ที่เรียกว่า" ^{[ 182 ]}

มีการเขียนถึงเรื่องนี้เป็นจำนวนมากเกี่ยวกับที่มาของการใช้ชื่อของฮิกส์แต่เพียงผู้เดียว มีคำอธิบายหลักสองประการ ประการแรกคือ ฮิกส์ได้ดำเนินการขั้นตอนที่ไม่เหมือนใคร ชัดเจนกว่า หรือระบุชัดเจนกว่าในบทความของเขาในการทำนายและตรวจสอบอนุภาคอย่างเป็นทางการ ในบรรดาผู้เขียนบทความ PRL มีเพียงบทความของฮิกส์เท่านั้น ที่เสนอการทำนาย อย่างชัดเจนว่าอนุภาคที่มีมวลจะมีอยู่จริงและคำนวณคุณสมบัติบางอย่างของมัน^{[ 183 ]}^{[ 91 ]}^{: 167} ดังนั้นเขาจึงเป็น "คนแรกที่ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของอนุภาคที่มีมวล" ตามที่Natureระบุ^{[ 181 ]} นักฟิสิกส์และนักเขียนFrank Closeและนักฟิสิกส์-นักเขียนบล็อกPeter Woitต่างแสดงความคิดเห็นว่าบทความของ GHK เสร็จสมบูรณ์หลังจากที่ Higgs และ Brout–Englert ได้ถูกส่งไปยังPhysical Review Letters [ ¹⁸⁴^]^[⁹¹^]^:¹⁶⁷ และ Higgs เพียงคนเดียวได้ดึงดูดความสนใจไปที่ โบซอน สเกลาร์ มวลที่คาดการณ์ไว้ ในขณะที่คนอื่นๆ มุ่งเน้นไปที่โบ ซอน เวกเตอร์ มวล ^[¹⁸⁴^]^[⁹¹^]^:^{154,166,175 ด้วยวิธีนี้}^การ มีส่วนร่วมของ Higgs ยังมอบ "เป้าหมายที่เป็นรูปธรรม" ที่สำคัญแก่นักทดลองซึ่งจำเป็นต่อการทดสอบทฤษฎี^[¹⁸⁵^]

อย่างไรก็ตาม ในมุมมองของฮิกส์ บรูทและเองเกลอร์ทไม่ได้กล่าวถึงโบซอนอย่างชัดเจน เนื่องจากเห็นได้ชัดว่าการมีอยู่ของมันปรากฏอยู่ในงานของพวกเขา^{[ 68 ]}^{: 6}ในขณะที่ตามที่กูราลนิคกล่าวไว้ บทความของ GHK เป็นการวิเคราะห์ที่สมบูรณ์ของกลไกการทำลายสมมาตรทั้งหมด ซึ่งความเข้มงวดทางคณิตศาสตร์ นั้น ไม่มีอยู่ในบทความอีกสองฉบับ และอนุภาคที่มีมวลอาจมีอยู่ในบางคำตอบ^{[ 92 ]}^{: 9} บทความของฮิกส์ยังให้คำแถลงที่ "เฉียบคมเป็นพิเศษ" เกี่ยวกับความท้าทายและวิธีแก้ปัญหาตามที่ เดวิด ไคเซอร์นักประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์กล่าวไว้^{[ 182 ]}

คำอธิบายทางเลือกคือชื่อนี้ได้รับความนิยมในช่วงทศวรรษ 1970 เนื่องจากใช้เป็นคำย่อที่สะดวก หรือเนื่องจากความผิดพลาดในการอ้างอิง บัญชีหลายบัญชี(รวมถึงบัญชีของฮิกส์เอง^{[ 68 ]}^{: 7} )ระบุว่าชื่อ "ฮิกส์" มาจากนักฟิสิกส์ เบนจามิ นลี^{[ z ]} ลีเป็นผู้เผยแพร่ทฤษฎีนี้อย่างมีนัยสำคัญในช่วงแรก และมักใช้ชื่อ "ฮิกส์" เป็น "คำย่อที่สะดวก" สำหรับส่วนประกอบต่างๆ ตั้งแต่ปี 1972 ^{[ 16 ]}^{[ 181 ]}^{[ 186 ]}^{[ 187 ]}^{[ 188 ]} และอย่างน้อยหนึ่งครั้งตั้งแต่ปี 1966 ^{[ 189 ]}แม้ว่าลีจะชี้แจงในเชิงอรรถว่า "'ฮิกส์' เป็นคำย่อของ Higgs, Kibble, Guralnik, Hagen, Brout, Englert" ^{[ 186 ]} การใช้คำนี้ของเขา (และอาจรวมถึงการอ้างอิงผิดพลาดของ Steven Weinberg ที่อ้างถึงบทความของฮิกส์เป็นบทความแรกในบทความสำคัญปี 1967 ของเขา^{[ 91 ]}^{[ 190 ]}^{[ 189 ]} ) หมายความว่าประมาณปี 1975–1976 คนอื่นๆ ก็เริ่มใช้ชื่อนี้เช่นกัน "Higgs" ใช้เป็นคำย่อเท่านั้น^{[ aa ]} ในปี 2012 นักฟิสิกส์Frank Wilczekซึ่งได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้ตั้งชื่ออนุภาคพื้นฐานaxion (เหนือข้อเสนอทางเลือก "Higglet" โดย Weinberg) ได้รับรองชื่อ "Higgs boson" โดยระบุว่า "ประวัติศาสตร์นั้นซับซ้อน และไม่ว่าคุณจะขีดเส้นแบ่งไว้ที่ไหน ก็จะมีคนอยู่ต่ำกว่าเส้นแบ่งนั้นเสมอ" ^{[ 182 ]}

ชื่อเล่น

อนุภาคฮิกส์มักถูกเรียกว่า "อนุภาคพระเจ้า" ในสื่อทั่วไปนอกวงการวิทยาศาสตร์^{[ 191 ]}^{[ 192 ]}^{[ 193 ]}^[¹⁹⁴^]^[¹⁹⁵^]^{ชื่อเล่น นี้} มาจากชื่อหนังสือในปี 1993 เกี่ยวกับอนุภาคฮิกส์และฟิสิกส์ อนุภาค เรื่อง The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?โดยLeon M. Ledermanผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขา ฟิสิกส์ และผู้อำนวยการ Fermilab ^[²⁷^] Lederman เขียนหนังสือเล่มนี้ขึ้นในบริบทของความล้มเหลวในการสนับสนุนจากรัฐบาลสหรัฐฯ สำหรับSuperconducting Super Collider [ ¹⁹⁶^{] ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคขนาดมหึมา}^[¹⁹⁷^]^[¹⁹⁸^]ที่สร้างไม่เสร็จและเป็นคู่แข่งกับLarge Hadron Collider โดยมีพลังงานการ ^ชนที่วางแผนไว้ที่2 × 20 TeVซึ่ง Lederman สนับสนุนมาตั้งแต่เริ่มก่อตั้งในปี 1983 ^[¹⁹⁶^]^[^ab^]^[¹⁹⁹^]^[²⁰⁰^]และถูกปิดตัวลงในปี 1993 หนังสือเล่มนี้มีจุดประสงค์ส่วนหนึ่งเพื่อส่งเสริมให้ตระหนักถึงความสำคัญและความจำเป็นของโครงการดังกล่าวเมื่อเผชิญกับการสูญเสียเงินทุนที่อาจเกิดขึ้น^[²⁰¹^] Lederman นักวิจัยชั้นนำในสาขานี้ เขียนว่าเขาต้องการตั้งชื่อหนังสือของเขาว่าThe Goddamn Particle: If the Universe is the Answer, What is the Question?บรรณาธิการของเลเดอร์แมนตัดสินใจว่าชื่อเรื่องนั้นก่อให้เกิดความขัดแย้งมากเกินไป และโน้มน้าวให้เขาเปลี่ยนชื่อเรื่องเป็นอนุภาคพระเจ้า: ถ้าจักรวาลคือคำตอบ แล้วคำถามคืออะไร? ^[²⁰²^]

แม้ว่าการใช้คำนี้ในสื่ออาจมีส่วนช่วยให้เกิดการรับรู้และความสนใจในวงกว้างมากขึ้น^{[ 203 ]}แต่นักวิทยาศาสตร์หลายคนรู้สึกว่าชื่อนี้ไม่เหมาะสม^{[ 16 ]}^{[ 17 ]}^{[ 204 ]}เนื่องจากเป็นการใช้คำเกินจริง ที่สร้าง ความตื่น ตระหนกและ ทำให้ผู้อ่านเข้าใจผิด^{[ 205 ]}อนุภาคนี้ยังไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับพระเจ้าใดๆ ทิ้งคำถามมากมายไว้ในฟิสิกส์พื้นฐานและไม่ได้อธิบายถึงต้นกำเนิดที่แท้จริงของจักรวาล ฮิกส์ซึ่งเป็นผู้ไม่เชื่อในพระเจ้าถูกรายงานว่าไม่พอใจและกล่าวในการสัมภาษณ์เมื่อปี 2551 ว่าเขารู้สึก "อับอาย" เพราะมันเป็น "การใช้ในทางที่ผิด [...] ซึ่งผมคิดว่าอาจทำให้บางคนรู้สึกไม่พอใจ" ^{[ 205 ]}^{[ 206 ]}^{[ 207 ]}ชื่อเล่นนี้ยังถูกล้อเลียนในสื่อกระแสหลักอีกด้วย^{[ 208 ]}เอียน แซมเปิล นักเขียนด้านวิทยาศาสตร์ กล่าวไว้ในหนังสือของเขาในปี 2010 เกี่ยวกับการค้นหาว่า ชื่อเล่นนี้ "เป็นที่เกลียดชังโดยทั่วไป" โดยนักฟิสิกส์ และอาจเป็น "ชื่อที่ถูกเยาะเย้ยมากที่สุด" ในประวัติศาสตร์ของฟิสิกส์แต่ (ตามที่เลเดอร์แมนกล่าว) สำนักพิมพ์ปฏิเสธชื่อเรื่องทั้งหมดที่กล่าวถึง "ฮิกส์" เนื่องจากขาดจินตนาการและไม่เป็นที่รู้จัก^{[ 209 ]}

Lederman เริ่มต้นด้วยการทบทวนการค้นหาความรู้ของมนุษย์มายาวนาน และอธิบายว่าชื่อเรื่องที่เสียดสีของเขาเป็นการเปรียบเทียบระหว่างผลกระทบของสนามฮิกส์ต่อสมมาตรพื้นฐานในบิ๊กแบงและความวุ่นวายที่ปรากฏของโครงสร้าง อนุภาค แรง และปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นและก่อร่างสร้างจักรวาลปัจจุบันของเรา กับเรื่องราวในพระคัมภีร์เกี่ยวกับบาเบลซึ่งภาษาเดียวดั้งเดิมของปฐมกาลถูกแบ่งแยกออกเป็นภาษาและวัฒนธรรม ที่แตกต่างกันมากมาย ^{[ 210 ]}

ในปัจจุบัน [...] เรามีแบบจำลองมาตรฐาน ซึ่งลดทอนความเป็นจริงทั้งหมดให้เหลือเพียงอนุภาคประมาณสิบกว่าอนุภาคและแรงสี่แรง [...] มันเป็นความเรียบง่ายที่ได้มาอย่างยากลำบาก [และ] แม่นยำอย่างน่าทึ่ง แต่มันก็ไม่สมบูรณ์ และที่จริงแล้วก็ไม่สอดคล้องกันภายใน [...] โบซอนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสถานะของฟิสิกส์ในปัจจุบัน มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความเข้าใจขั้นสุดท้ายของเราเกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร แต่ก็ยากที่จะค้นพบมากเสียจนผมตั้งชื่อเล่นให้มันว่า อนุภาคพระเจ้า ทำไมถึงเรียกว่าอนุภาคพระเจ้า? มีสองเหตุผล ประการแรก สำนักพิมพ์ไม่อนุญาตให้เราเรียกมันว่า อนุภาคพระเจ้าบ้าบอ แม้ว่านั่นอาจจะเป็นชื่อที่เหมาะสมกว่า เมื่อพิจารณาถึงธรรมชาติที่ชั่วร้ายและค่าใช้จ่ายที่มันก่อให้เกิด และประการที่สอง มีความเชื่อมโยงบางอย่างกับหนังสืออีก เล่มหนึ่ง ซึ่งเป็น หนังสือที่เก่ากว่า มาก ...

— เลเดอร์แมน และ เทเรซี^{[ 27 ]}^{: 22}

เลเดอร์แมนตั้งคำถามว่าอนุภาคฮิกส์ถูกเพิ่มเข้ามาเพื่อสร้างความสับสนและงงงวยให้กับผู้ที่แสวงหาความรู้เกี่ยวกับจักรวาลหรือไม่ และนักฟิสิกส์จะสับสนกับมันตามที่เล่าไว้ในเรื่องนั้น หรือในที่สุดจะเอาชนะความท้าทายและเข้าใจว่า "จักรวาลที่พระเจ้าทรงสร้างนั้นงดงามเพียงใด" ^{[ 211 ]}

ข้อเสนออื่นๆ

การประกวดตั้งชื่อใหม่โดยหนังสือพิมพ์The Guardian ของอังกฤษ ในปี 2009 ส่งผลให้นักข่าวสายวิทยาศาสตร์ของพวกเขาเลือกชื่อ "the champagne bottle boson" เป็นชื่อที่ดีที่สุด: "ก้นขวดแชมเปญมีรูปร่างเหมือนศักยภาพของฮิกส์และมักใช้เป็นภาพประกอบในการบรรยายวิชาฟิสิกส์ ดังนั้นจึงไม่ใช่ชื่อที่โอ้อวดจนน่าอาย เป็นชื่อที่จำง่าย และยังมีความเกี่ยวข้องกับฟิสิกส์ด้วย" ^{[ 212 ]} ชื่อHiggsonก็ได้รับการเสนอแนะเช่นกัน ในบทความแสดงความคิดเห็นในphysicsworld.comซึ่งเป็นสิ่งพิมพ์ออนไลน์ของสถาบันฟิสิกส์^[²¹³^]

คำอธิบายและการเปรียบเทียบเชิงการศึกษา

มีการอภิปรายสาธารณะอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับการเปรียบเทียบและคำอธิบายสำหรับอนุภาคฮิกส์และวิธีที่สนามสร้างมวล^{[ 214 ]}^{[ 215 ]} รวมถึงการรายงานความพยายามในการอธิบายในตัวของมันเองและการแข่งขันในปี 1993 สำหรับคำอธิบายที่เป็นที่นิยมที่ดีที่สุดโดย เซอร์วิลเลียม วอลเดเกร ฟ รัฐมนตรีว่าการกระทรวงวิทยาศาสตร์ของสหราชอาณาจักรในขณะนั้น^{[ 216 ]} และบทความในหนังสือพิมพ์ทั่วโลก

แมตต์ สตราสเลอร์ อธิบาย (สรุป): ^[²¹⁷^]

สนามควอนตัมส่วนใหญ่ในจักรวาลมีคลื่นความถี่เรโซแนนซ์ เฉพาะตัว ซึ่งเป็นความถี่ที่อนุภาคเหล่านั้นสั่นไหวได้ง่ายที่สุด ยิ่งอนุภาคสั่นไหวเร็วเท่าไร (คลื่นความถี่เรโซแนนซ์ยิ่งสูง) มวลของอนุภาคก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น หากสนามนั้นไม่มีคลื่นความถี่เรโซแนนซ์ อนุภาคของสนามนั้นก็จะเคลื่อนที่ได้เท่านั้น ไม่สามารถสั่นไหวได้ และจะไม่มีมวล

สนามควอนตัมโดยตัวมันเองไม่มีความถี่เรโซแนนซ์ ดังนั้นในตอนเริ่มต้นอนุภาคทั้งหมดจึงไม่มีมวล พวกมันจะสั่นได้ก็ต่อเมื่อมีอิทธิพลภายนอกมากระทำ ('กระตุ้น') พวกมันในลักษณะที่ทำให้เกิดความถี่เรโซแนนซ์ คล้ายกับลูกตุ้มที่แกว่งไปมาได้ก็ต่อเมื่อถูกแรงโน้มถ่วงดึงไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งเท่านั้น และการแกว่งของมันก็จะมีความถี่เรโซแนนซ์

ลูกตุ้มแกว่งไปมาเพราะภายใต้แรงโน้มถ่วง มันมีแนวโน้มที่จะกลับคืนสู่สภาวะสมดุลเฉพาะอย่างหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า 'ผลของแรงดึงกลับ' หากไม่มีผลของแรงดึงกลับนี้ ลูกตุ้มก็จะแกว่งไม่ได้ ยิ่งสนามโน้มถ่วงแรงขึ้นเท่าใด ผลของแรงดึงกลับก็จะยิ่งทรงพลังมากขึ้น และความถี่เรโซแนนซ์ของลูกตุ้มก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

นี่คือแก่นสำคัญของงานวิจัยเกี่ยวกับการทำลายสมมาตรของ PRL : ว่าสนามชนิดพิเศษสามารถทำให้ สนาม อื่นๆ แข็งตัวขึ้น สร้างผลในการคืนตัวและความถี่เรโซแนนซ์ให้กับสนามเหล่านั้น ซึ่งอาจอธิบายได้ว่าอนุภาคของพวกมันสามารถสั่นไหวอยู่กับที่ได้อย่างไร ซึ่งเรารู้จักกันในชื่อว่า 'มวล'

ในตอนแรก สนามควอนตัมทั้งหมดในจักรวาลไม่มีความถี่เรโซแนนซ์ ดังนั้นอนุภาคจึงไม่สามารถสั่นได้ พวกมันทำได้เพียงเคลื่อนที่ (พวกมันไม่มีมวล) เมื่อจักรวาลขยายตัวและเย็นลง สนามฮิกส์ก็พัฒนาความแรงที่ไม่เป็นศูนย์ขึ้นมาอย่างฉับพลันในทุกที่ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น มันทำให้สนามควอนตัมบางส่วนแข็งตัวขึ้น และพวกมันก็ได้รับผลในการคืนตัว สิ่งนี้ทำให้สนามเหล่านั้นมีความถี่เรโซแนนซ์ ดังนั้นอนุภาคของพวกมันจึงสามารถสั่นอยู่กับที่ด้วยความถี่เรโซแนนซ์ (ได้รับมวล) ในขณะที่ก่อนหน้านี้พวกมันทำได้เพียงเคลื่อนที่ (ไม่มีมวล)

ความร่วมมือทางการศึกษาระหว่างนักฟิสิกส์ LHC และนักการศึกษาจาก High School Teachers at CERNยังชี้ให้เห็นว่าการกระจายแสงซึ่งเป็นสาเหตุของรุ้งและปริซึมกระจายแสงเป็นการเปรียบเทียบที่มีประโยชน์สำหรับการทำลายสมมาตรและผลกระทบที่ทำให้เกิดมวลของสนามฮิกส์^[²¹⁸^]

การทำลายสมมาตรในทางทัศนศาสตร์	ในสุญญากาศ แสงทุกสี (หรือโฟตอน ที่มี ความยาวคลื่นทุก ค่า ) จะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากันซึ่งเป็นสถานการณ์สมมาตร แต่ในบางสาร เช่น แก้ว น้ำ หรืออากาศ ความสมมาตรนี้จะถูกทำลาย(ดู: โฟตอนในสสาร )ผลที่ได้คือ แสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันจะมีความเร็วต่างกัน
การแตกสมมาตรในฟิสิกส์อนุภาค	ในทฤษฎีเกจแบบ "พื้นฐาน" อนุภาคเกจโบซอนและอนุภาคพื้นฐานอื่นๆ ล้วนไม่มีมวลซึ่งเป็นสถานการณ์สมมาตรเช่นกัน แต่เมื่อมีสนามฮิกส์เข้ามาเกี่ยวข้อง ความสมมาตรนี้จะถูกทำลาย ผลที่ตามมาคืออนุภาคประเภทต่างๆ จะมีมวลต่างกัน

Matt Strassler ใช้สนามไฟฟ้าเป็นตัวอย่างเปรียบเทียบ: ^{[ 219 ]}

อนุภาคบางชนิดมีปฏิสัมพันธ์กับสนามฮิกส์ ในขณะที่อนุภาคอื่นๆ ไม่มี อนุภาคเหล่านั้นที่รู้สึกถึงสนามฮิกส์จะทำตัวราวกับว่าพวกมันมีมวล สิ่งที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นในสนามไฟฟ้า – วัตถุที่มีประจุจะถูกดึงดูดไปมา ในขณะที่วัตถุที่เป็นกลางสามารถเคลื่อนที่ผ่านไปได้โดยไม่ได้รับผลกระทบ ดังนั้นคุณอาจคิดว่าการค้นหาฮิกส์เป็นการพยายามสร้างคลื่นในสนามฮิกส์ [ สร้างอนุภาคฮิกส์ ] เพื่อพิสูจน์ว่ามันมีอยู่จริง

The Guardianได้เสนอคำอธิบายที่คล้ายกันไว้ดังนี้: ^{[ 220 ]}

อนุภาคฮิกส์นั้นโดยพื้นฐานแล้วเป็นเพียงระลอกคลื่นในสนามที่กล่าวกันว่าเกิดขึ้นตั้งแต่กำเนิดจักรวาลและแผ่ขยายไปทั่วจักรวาลจนถึงทุกวันนี้... อย่างไรก็ตาม อนุภาคนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง: มันคือ หลักฐาน ชิ้นสำคัญที่จำเป็นในการแสดงให้เห็นว่าทฤษฎีนั้นถูกต้อง

ผลกระทบของสนามฮิกส์ต่ออนุภาคได้รับการอธิบายอย่างมีชื่อเสียงโดยนักฟิสิกส์เดวิด มิลเลอร์ ว่าคล้ายกับห้องที่เต็มไปด้วยคนงานพรรคการเมืองที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วห้อง: ฝูงชนจะดึงดูดและทำให้คนที่มีชื่อเสียงช้าลง แต่จะไม่ทำให้คนอื่นช้าลง^{[ ac ]} เขายังดึงความสนใจไปที่ผลกระทบที่รู้จักกันดีในฟิสิกส์ของของแข็งซึ่งมวลยังผลของอิเล็กตรอนอาจมากกว่าปกติมากเมื่อมีโครงผลึกอยู่^{[ 221 ]}

การเปรียบเทียบโดยอิงจาก ผลกระทบ ของแรงต้านรวมถึงการเปรียบเทียบ " น้ำเชื่อม " หรือ " กากน้ำตาล " ก็เป็นที่รู้จักกันดี แต่ก็อาจทำให้เข้าใจผิดได้ เนื่องจากอาจเข้าใจ (อย่างไม่ถูกต้อง) ว่าสนามฮิกส์เพียงแค่ต้านทานการเคลื่อนที่ของอนุภาคบางชนิดแต่ไม่ใช่อนุภาคอื่นซึ่งผลกระทบจากการต้านทานอย่างง่ายจะขัดแย้งกับ กฎ ข้อที่สามของนิวตัน^[²²³^]

โดยทั่วไปมักเข้าใจผิดว่าอนุภาคฮิกส์เป็นสาเหตุของมวล มากกว่าที่จะเป็นสนามฮิกส์ และเกี่ยวข้องกับมวลส่วนใหญ่ในจักรวาล^{[ 224 ]}^{[ 225 ]}^{[ 226 ]} ประมาณ 91% ของมวลโปรตอนเกิดจากสนามควาร์กและกลูออน และ ความผิดปกติเชิงคอนฟอร์มอลของ QCD มากกว่าปฏิสัมพันธ์ของฮิกส์^{[ 227 ]}

การยกย่องและรางวัล

ก่อนปลายปี 2013 มีการถกเถียงกันอย่างมากเกี่ยวกับการจัดสรรเครดิตหากมีการพิสูจน์อนุภาคฮิกส์ได้สำเร็จ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อ มีการคาดหวังว่าจะมี การมอบรางวัลโน เบล และขอบเขตที่กว้างขวางของผู้ที่มีสิทธิ์ได้รับการพิจารณา ซึ่งรวมถึงนักทฤษฎีหลายคนที่ทำให้ทฤษฎีกลไกฮิกส์เป็นไปได้ นักทฤษฎีในเอกสาร PRL ปี 1964 (รวมถึงตัวฮิกส์เอง) นักทฤษฎีที่ได้มาจากเอกสารเหล่านั้นถึงทฤษฎีอิเล็กโทรวีคที่ใช้งานได้จริงและแบบจำลองมาตรฐาน และนักทดลองที่ CERN และสถาบันอื่นๆ ที่ทำให้การพิสูจน์สนามและอนุภาคฮิกส์ในความเป็นจริงเป็นไปได้ รางวัลโนเบลจำกัดผู้ได้รับรางวัลเพียงสามคน และผู้ที่อาจได้รับรางวัลบางคนอาจเคยได้รับรางวัลอื่นๆ มาแล้ว หรือเสียชีวิตไปแล้ว (รางวัลจะมอบให้แก่ผู้ที่ยังมีชีวิตอยู่เท่านั้น) รางวัลที่มีอยู่สำหรับงานที่เกี่ยวข้องกับสนาม อนุภาค หรือกลไกฮิกส์ ได้แก่:

รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ (พ.ศ. 2522) – Glashow , SalamและWeinbergสำหรับผลงานในทฤษฎีปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนและแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นเอกภาพระหว่างอนุภาคพื้นฐาน^{[ 228 ]}
รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ (1999) – 't HooftและVeltmanสำหรับการอธิบายโครงสร้างควอนตัมของปฏิสัมพันธ์อิเล็กโทรวีคในฟิสิกส์^{[ 229 ]}
รางวัล JJ Sakurai สำหรับฟิสิกส์อนุภาคเชิงทฤษฎี (2010) – Hagen, Englert, Guralnik, Higgs, Brout และ Kibble สำหรับการอธิบายคุณสมบัติของการแตกสมมาตรโดยธรรมชาติในทฤษฎีเกจสัมพัทธภาพสี่มิติและกลไกสำหรับการสร้างมวลโบซอนเวกเตอร์ที่สอดคล้องกัน^[⁸⁹^] (สำหรับเอกสารปี 1964 ที่อธิบายไว้ข้างต้น )
รางวัลหมาป่า (2004) –เองเลิร์ต, เบราต์ และฮิกส์
รางวัลความก้าวหน้าพิเศษในสาขาฟิสิกส์พื้นฐาน (2013) – Fabiola GianottiและPeter Jenniโฆษกของกลุ่มความร่วมมือ ATLAS และ Michel Della Negra, Tejinder Singh Virdee, Guido Tonelli และ Joseph Incandela โฆษกทั้งในอดีตและปัจจุบันของกลุ่มความร่วมมือ CMS “สำหรับบทบาทความเป็นผู้นำของพวกเขาในความพยายามทางวิทยาศาสตร์ที่นำไปสู่การค้นพบอนุภาคคล้ายฮิกส์ตัวใหม่โดยกลุ่มความร่วมมือ ATLAS และ CMS ที่เครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ของ CERN” ^[²³⁰^]
รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ (2013) – ปีเตอร์ ฮิกส์และฟรองซัวส์ เองเกลอร์ทสำหรับการค้นพบเชิงทฤษฎีของกลไกที่ช่วยให้เราเข้าใจถึงที่มาของมวลของอนุภาคย่อยอะตอม ซึ่งได้รับการยืนยันเมื่อเร็ว ๆ นี้ผ่านการค้นพบอนุภาคพื้นฐานที่คาดการณ์ไว้ โดยการทดลอง ATLAS และ CMS ที่เครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ของ CERN ^{[ 231 ]} (โรเบิร์ ต บรูทผู้ร่วมวิจัยของเอง เกลอร์ท เสียชีวิตในปี 2011 และ โดยปกติแล้วรางวัลโนเบลจะไม่มอบให้แก่ผู้ที่เสียชีวิตไปแล้ว^[²³²^] )

นอกจากนี้Physical Review Letters 50-year review (2008) ยังรับรองเอกสาร PRL ปี 1964 เกี่ยวกับการแตกสมมาตร และเอกสาร A model of Leptonsของ Weinberg ปี 1967 (เอกสารที่มีการอ้างอิงมากที่สุดในฟิสิกส์อนุภาค ณ ปี 2012) ว่าเป็น "จดหมายสำคัญ" ^{[ 86 ]}

หลังจากมีรายงานการสังเกตอนุภาคคล้ายฮิกส์ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2555 สื่ออินเดีย หลายแห่ง รายงานเกี่ยวกับการละเลยการให้เครดิตแก่นักฟิสิกส์ชาวอินเดียSatyendra Nath Boseซึ่งผลงานของเขาในช่วงทศวรรษ พ.ศ. 2463 ได้รับการตั้งชื่อตามอนุภาคกลุ่ม " โบซอน " ^{[ 233 ]}^{[ 234 ]} (แม้ว่านักฟิสิกส์จะอธิบายว่าความเชื่อมโยงของโบซอนกับการค้นพบนั้นค่อนข้างอ่อนแอ) ^{[ 235 ]}

แง่มุมทางเทคนิคและการกำหนดสูตรทางคณิตศาสตร์

{\displaystyle \phi ^{0}} — ศักยภาพของสนามฮิกส์ที่แสดงเป็นฟังก์ชันของ $\phi ^{0}$ และ $\phi ^{3}$ มี ลักษณะฐาน คล้าย*หมวกปีกกว้าง*หรือ*ขวดแชมเปญ*

ในแบบจำลองมาตรฐาน ฟิลด์ฮิกส์เป็นฟิลด์สเกลาร์สี่องค์ประกอบที่สร้างคู่ เชิงซ้อน ของ สมมาตร ไอโซสปินอ่อน SU(2):

\phi ={\frac {1}{\sqrt {2}}}\left({\begin{array}{c}\phi ^{1}+i\phi ^{2}\\\phi ^{0}+i\phi ^{3}\end{array}}\right)\,

ในขณะที่สนามมีประจุ + ^1/2ภายใต้สมมาตรไฮเปอร์ชาร์จอ่อน U(1) ^[²³⁶]

หมายเหตุ: บทความ นี้ใช้รูปแบบการปรับขนาดที่ประจุไฟฟ้า $Q$ ไอ โซสปิ นอ่อน $T$ และไฮเปอร์ชาร์จอ่อน $Y$ มีความสัมพันธ์กันโดย $Q$ = $T$ + $Y$ รูปแบบอื่นที่ใช้ใน^{บทความ}วิกิพีเดียส่วนใหญ่คือ $Q$ = $T$ + ⁠ 1 / 2 ⁠ $Y$ [ ²³⁷^]^[²³⁸^]^[^{239 ]}

ส่วนฮิกส์ของลากรางเจียนคือ^{[ 236 ]}

{\mathcal {L}}_{\text{H}}=\left|\left(\partial _{\mu }-igW_{\mu \,a}{\tfrac {1}{2}}\sigma ^{a}-i{\tfrac {1}{2}}g'B_{\mu }\right)\phi \right|^{2}+\mu _{\text{H}}^{2}\phi ^{\dagger }\phi -\lambda \left(\phi ^{\dagger }\phi \right)^{2}\ ,

ที่ไหน $W_{\mu \,a}$ และ $B_{\mu }$ คือเกจโบซอนของสมมาตร SU(2) และ U(1) $g$ และ $g'$ ค่าคงที่การคู่ควบของพวกมัน $\sigma ^{a}$ คือเมทริกซ์ Pauli (ชุดตัวสร้างที่สมบูรณ์ของสมมาตร SU(2)) และ $\lambda >0$ และ $\mu _{\text{H}}^{2}>0$ ดังนั้นสถานะพื้นฐานจึงทำลายสมมาตร SU(2) (ดูรูป)

สถานะพื้นฐานของสนามฮิกส์ (ด้านล่างของศักยภาพ) มีความเสื่อมกับสถานะพื้นฐานที่แตกต่างกันซึ่งมีความสัมพันธ์กันโดยการแปลงเกจ SU(2) เป็นไปได้เสมอที่จะเลือกเกจเพื่อให้ในสถานะพื้นฐาน $\phi ^{1}=\phi ^{2}=\phi ^{3}=0$ ค่าคาดหวังของ $\phi ^{0}$ ในสถานะพื้นฐาน ( ค่าคาดหวังสุญญากาศหรือ VEV) จะเป็นดังนี้ $\left\langle \phi ^{0}\right\rangle ={\tfrac {1}{\sqrt {2\,}}}v$ , ที่ไหน $v={\tfrac {1}{\sqrt {\lambda \,}}}\left|\mu _{\text{H}}\right|$ ค่าที่วัดได้ของพารามิเตอร์นี้คือ ~246 GeV/ c² ^[¹²⁶ ] มีหน่วยเป็นมวล และเป็นพารามิเตอร์อิสระเพียงตัวเดียว ^{ของ แบบ}^{จำลอง}มาตรฐานที่ไม่ใช่ตัวเลขไร้มิติ พจน์กำลังสองใน $W_{\mu }$ และ $B_{\mu }$ เกิดขึ้นซึ่งให้มวลแก่โบซอน W และ Z: ^{[ 236 ]}

{\begin{aligned}m_{\text{W}}&={\tfrac {1}{2}}v\left|\,g\,\right|\ ,\\m_{\text{Z}}&={\tfrac {1}{2}}v{\sqrt {g^{2}+{g'}^{2}\ }}\ ,\end{aligned}}

โดยอัตราส่วนของทั้งสองค่าจะเป็นตัวกำหนด มุม ไวน์เบิร์ก ${\textstyle \cos \theta _{\text{W}}={\frac {m_{\text{W}}}{\ m_{\text{Z}}\ }}={\frac {\left|\,g\,\right|}{\ {\sqrt {g^{2}+{g'}^{2}\ }}\ }}}$ และทิ้งโฟตอน U(1) ที่ไม่มีมวลไว้ $\gamma$ มวลของอนุภาคฮิกส์เองนั้นกำหนดโดย

m_{\text{H}}={\sqrt {2\mu _{\text{H}}^{2}\ }}\equiv {\sqrt {2\lambda v^{2}\ }}.

ควาร์กและเลปตอนมีปฏิสัมพันธ์กับสนามฮิกส์ผ่านทาง เทอม ปฏิสัมพันธ์แบบยูกาวะ :

{\begin{aligned}{\mathcal {L}}_{\text{Y}}=&-\lambda _{u}^{i\,j}{\frac {\ \phi ^{0}-i\phi ^{3}\ }{\sqrt {2\ }}}{\overline {u}}_{\text{L}}^{i}u_{\text{R}}^{j}+\lambda _{u}^{i\,j}{\frac {\ \phi ^{1}-i\phi ^{2}\ }{\sqrt {2\ }}}{\overline {d}}_{\text{L}}^{i}u_{\text{R}}^{j}\\&-\lambda _{d}^{i\,j}{\frac {\ \phi ^{0}+i\phi ^{3}\ }{\sqrt {2\ }}}{\overline {d}}_{\text{L}}^{i}d_{\text{R}}^{j}-\lambda _{d}^{i\,j}{\frac {\ \phi ^{1}+i\phi ^{2}\ }{\sqrt {2\ }}}{\overline {u}}_{\text{L}}^{i}d_{\text{R}}^{j}\\&-\lambda _{e}^{i\,j}{\frac {\ \phi ^{0}+i\phi ^{3}\ }{\sqrt {2\ }}}{\overline {e}}_{\text{L}}^{i}e_{\text{R}}^{j}-\lambda _{e}^{i\,j}{\frac {\ \phi ^{1}+i\phi ^{2}\ }{\sqrt {2\ }}}{\overline {\nu }}_{\text{L}}^{i}e_{\text{R}}^{j}+{\textrm {h.c.}}\ ,\end{aligned}}

ที่ไหน $(d,u,e,\nu )_{\text{L,R}}^{i}$ คือควาร์กและเลปตอนมือซ้ายและมือขวาของรุ่นที่ $i$ $\lambda _{\text{u,d,e}}^{i\,j}$ เป็นเมทริกซ์ของคู่ควบยูคาวา โดยที่hcหมายถึงคู่ควบเฮอร์มิเชียนของเทอมทั้งหมดก่อนหน้า ในสถานะพื้นฐานที่สมมาตรแตก จะมีเพียงเทอมที่ประกอบด้วย $\phi ^{0}$ ยังคงอยู่ ทำให้เกิดพจน์มวลสำหรับเฟอร์มิออน การหมุนฟิลด์ควาร์กและเลปตอนไปยังฐานที่เมทริกซ์ของคู่ควบยูคาวาเป็นเมทริกซ์ทแยงมุม จะได้

{\mathcal {L}}_{\text{m}}=-m_{\text{u}}^{i}{\overline {u}}_{\text{L}}^{i}u_{\text{R}}^{i}-m_{\text{d}}^{i}{\overline {d}}_{\text{L}}^{i}d_{\text{R}}^{i}-m_{\text{e}}^{i}{\overline {e}}_{\text{L}}^{i}e_{\text{R}}^{i}+{\textrm {h.c.}},

โดยที่มวลของเฟอร์มิออนอยู่ $m_{\text{u,d,e}}^{i}={\tfrac {1}{\sqrt {2\ }}}\lambda _{\text{u,d,e}}^{i}v$ , และ $\lambda _{\text{u,d,e}}^{i}$ แสดงถึงค่าลักษณะเฉพาะของเมทริกซ์ Yukawa ^{[ 236 ]}

ดูเพิ่มเติม

รุ่นมาตรฐาน

กลไกฮิกส์ – กลไกที่อธิบายการเกิดมวลของเกจโบซอน
ประวัติความเป็นมาของทฤษฎีสนามควอนตัม
บทนำสู่กลศาสตร์ควอนตัม – บทนำแบบไม่ใช้คณิตศาสตร์
แบบจำลองมาตรฐานที่ไม่สลับที่กัน
เรขาคณิตไม่สลับที่ – สาขาหนึ่งของคณิตศาสตร์
การกำหนดสูตรทางคณิตศาสตร์ของแบบจำลองมาตรฐาน – คณิตศาสตร์ของแบบจำลองฟิสิกส์อนุภาค
- ภาพรวมฟิลด์โมเดลมาตรฐาน
- เทอมมวลและกลไกฮิกส์
ทฤษฎีเกจควอนตัม – ทฤษฎีทางฟิสิกส์ที่มีสนามไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การกระทำของกลุ่มลี "เกจ" เฉพาะที่ หน้าเว็บแสดงคำอธิบายสั้น ๆ ของเป้าหมายการเปลี่ยนเส้นทาง
โบซอน W และ Z – โบซอนที่เป็นตัวกลางในปฏิสัมพันธ์แบบอ่อน

อื่น

สถิติโบส-ไอน์สไตน์ – คำอธิบายพฤติกรรมของอนุภาคโบซอน
แบบจำลองฮิกส์แบบผสม (Composite Higgs models)คือส่วนขยายของแบบจำลองมาตรฐาน (SM) ที่อนุภาคฮิกส์ประกอบขึ้นจากส่วนประกอบที่เล็กกว่า
แผนภาพดาลิทซ์ – แผนภาพฟิสิกส์อนุภาคของความถี่สัมพัทธ์
Particle Feverเป็นภาพยนตร์สารคดีอเมริกันปี 2013 ที่ติดตามการทดลองต่างๆ ของเครื่องเร่งอนุภาค LHC และจบลงด้วยการค้นพบอนุภาคฮิกส์
ความไร้สาระเชิงควอนตัม – ผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ของการปรับค่ามาตรฐานในฟิสิกส์
โบซอนสเกลาร์ – โบซอนที่มีสปินเท่ากับศูนย์
แอคชั่นสตูคเคลเบิร์ก – กรณีพิเศษของกลไกฮิกส์แบบอาเบเลียน
สนามทาคิออนิก – สนามที่มีมวลสมมุติ
ZZ ไดโบสัน

หมายเหตุอธิบาย

↑โปรดทราบว่าเหตุการณ์ดังกล่าวอาจเกิดขึ้นจากกระบวนการอื่นๆ ด้วย การตรวจจับเกี่ยวข้องกับการ มีจำนวนเหตุการณ์ดังกล่าวมากเกินกว่า ปกติอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับพลังงานเฉพาะ
1 2 ในแบบจำลองมาตรฐาน ความกว้างการสลายตัวทั้งหมดของฮิกส์โบซอนที่มีมวล คือ คาดการณ์ว่าจะมีพลังงาน¹²⁵ GeV / c²4.07 × 10 ⁻³ GeV . ^{[ 2 ]}อายุเฉลี่ยกำหนดโดย⁠ $\tau =\hbar /\Gamma$ ⁠ .
↑ในทฤษฎีที่อิงตามฮิกส์ อนุภาคฮิกส์เองควรจะเป็นข้อยกเว้น เนื่องจากมีมวลแม้ในระดับพลังงานสูง
↑ ในวิชาฟิสิกส์กฎใดๆจะเป็นจริงได้ก็ต่อเมื่อมีข้อสมมติบางประการเป็นจริง หรือเมื่อมีเงื่อนไขบางประการครบถ้วน ตัวอย่างเช่นกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันใช้ได้เฉพาะที่ความเร็วซึ่งผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพมีน้อยมาก และกฎที่เกี่ยวข้องกับการนำไฟฟ้า ก๊าซ และฟิสิกส์คลาสสิก (ตรงข้ามกับกลศาสตร์ควอนตัม) อาจใช้ได้เฉพาะในช่วงขนาด อุณหภูมิ ความดัน หรือเงื่อนไขอื่นๆ ที่กำหนดไว้เท่านั้น
↑ตัวอย่างที่จะอธิบายเรื่องนี้คือ การวางดินสอไว้บนปลายแหลม การรบกวนใดๆ ก็ตามจะทำให้ดินสอล้มไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ระบบพื้นฐานมีความสมมาตรในแง่ของทิศทาง แต่ดินสอจะล้มไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ทำให้ความสมมาตรเชิงทิศทางนั้นเสียไป
↑ ในฟิสิกส์อนุภาคเชิงทฤษฎี เรากล่าวว่าอนุภาค A "ดูดซับ" อนุภาค Bเมื่อพวกมันกระทำพร้อมกันเสมอ และผลรวมของพวกมันไม่สามารถแยกออกจากกันได้โดยใช้สิ่งที่สังเกตได้: แม้ว่าคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการอาจมีสองส่วน คือ Aและ Bแต่เงื่อนไขเบื้องต้นที่สังเกตได้และผลลัพธ์ของมันนั้นไม่สามารถแยกแยะได้จากการปฏิสัมพันธ์ของสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นอนุภาคเดียว (ซึ่งโดยปกติแล้วจะได้รับชื่ออื่นที่แตกต่างกันเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น หนึ่งในการรวมกันของ โบซอนอิ เล็กโทรวีคเชิง ทฤษฎี $W$ และ $B$ $0$ เรียกว่าโบซอน Z )
1 2 3 ความสำเร็จของทฤษฎีอิเล็กโทรวีคที่อิงตามฮิกส์และแบบจำลองมาตรฐานแสดงให้เห็นได้จากการทำนายมวลของอนุภาคสองชนิดที่ตรวจพบในภายหลัง ได้แก่ โบซอน W (มวลที่ทำนายไว้:80.390 ± 0.018 GeV/ c²การวัดเชิงทดลอง^:80.387 ± 0.019 GeV/ c² ⁾และโบซอน Z (มวลที่คาดการณ์:91.1874 ± 0.0021 GeV/ c² ^การวัดเชิงทดลอง:91.1876 ± 0.0021 GeV/ c² ⁾การคาดการณ์ที่แม่นยำอื่นๆ ได้แก่กระแสกลางที่อ่อนแอ กลู ออน และควาร์กท็อปและควาร์กชาร์มซึ่งต่อมาได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีอยู่จริง
↑สมมาตรอิเล็กโทรวีคถูกทำลายโดยสนามฮิกส์ในสถานะพลังงานต่ำสุด ซึ่งเรียกว่าสถานะพื้นฐานที่ระดับพลังงานสูง เหตุการณ์นี้จะไม่เกิดขึ้น และคาดว่าอนุภาคเกจของแรงอ่อนจะกลายเป็นไร้มวลเหนือระดับพลังงานเหล่านั้น
↑ ระยะของแรงแปรผกผันกับมวลของอนุภาคที่ส่งผ่านแรงนั้น^{[ 26 ]}
ในแบบจำลองมาตรฐาน แรงต่างๆ ถูกส่งผ่านโดยอนุภาคเสมือนการเคลื่อนที่และการปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคเหล่านี้ต่อกันถูกจำกัดโดยหลักการความไม่แน่นอนของ พลังงานและเวลา ผลก็คือ ยิ่งอนุภาคเสมือนมีมวลมากเท่าใด พลังงานของมันก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และด้วยเหตุนี้ ระยะทางที่มันสามารถเคลื่อนที่ได้ก็จะยิ่งสั้นลง มวลของอนุภาคจึงเป็นตัวกำหนดระยะทางสูงสุดที่มันสามารถมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคอื่นๆ และเป็นตัวกลางของแรงใดๆ ในทำนองเดียวกัน สิ่งตรงกันข้ามก็เป็นจริงเช่นกัน: อนุภาคที่ไม่มีมวลและเกือบไม่มีมวลสามารถนำพาแรงในระยะทางไกลได้
เนื่องจากการทดลองแสดงให้เห็นว่าแรงอ่อนมีผลในระยะสั้นมากเท่านั้น นั่นหมายความว่าต้องมีอนุภาคเกจโบซอนที่มีมวล และในความเป็นจริง มวลของพวกมันได้รับการยืนยันโดยการวัดแล้ว
(ดูเพิ่มเติม: ความยาวคลื่นคอมป์ตัน แรงสถิต และการแลกเปลี่ยนอนุภาคเสมือน )
↑ในช่วงทศวรรษ 1960 หลายคนเริ่มมองว่าทฤษฎีเกจไม่สามารถอธิบายฟิสิกส์อนุภาคได้ เนื่องจากนักทฤษฎีไม่สามารถแก้ปัญหาเรื่องมวล หรือแม้กระทั่งอธิบายว่าทฤษฎีเกจจะให้คำตอบได้อย่างไร ดังนั้นแนวคิดที่ว่าแบบจำลองมาตรฐาน ซึ่งอาศัยสนามฮิกส์ที่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ว่ามีอยู่จริง อาจไม่ถูกต้องโดยพื้นฐาน จึงไม่ใช่เรื่องที่ไม่สมเหตุสมผล
ในทางตรงกันข้าม เมื่อแบบจำลองนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นราวปี 1972 ก็ไม่มีทฤษฎีใดที่ดีกว่านี้อีก และการคาดการณ์และคำตอบของแบบจำลองนี้แม่นยำมากจนกลายเป็นทฤษฎีที่ได้รับความนิยมไปโดยปริยาย ดังนั้นจึงกลายเป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งต่อวงการวิทยาศาสตร์ที่จะต้องตรวจสอบว่าแบบจำลองนี้ถูกต้องหรือไม่
↑งานแถลงข่าวของดิสคัฟเวอรี กรกฎาคม 2555:
“ในฐานะคนทั่วไป ผมคิดว่าเราค้นพบมันแล้ว” รอล์ฟ-ดีเตอร์ ฮอยเออร์ ผู้อำนวยการใหญ่ของ CERN กล่าวในการสัมมนาเมื่อวันพุธที่ผ่านมา ซึ่งเป็นการประกาศผลการค้นหาอนุภาคฮิกส์ แต่เมื่อถูกนักข่าวถามย้ำว่า “มัน” คืออะไรกันแน่ เรื่องราวกลับซับซ้อนขึ้น
'เราค้นพบโบซอนแล้ว ตอนนี้เราต้องหาให้เจอว่ามันคือโบซอนชนิดใด' [ถาม]: 'ถ้าเราไม่รู้ว่าอนุภาคใหม่นี้คือฮิกส์โบซอน แล้วเรารู้อะไรเกี่ยวกับมันบ้าง?' [ตอบ]: เรารู้ว่ามันเป็นโบซอนชนิดหนึ่ง วิเวก ชาร์มา จาก CMS กล่าว [...] [ถาม]: 'นักวิทยาศาสตร์ของ CERN ระมัดระวังมากเกินไปหรือเปล่า? หลักฐานอะไรถึงจะเพียงพอที่จะเรียกมันว่าฮิกส์โบซอน?' [ตอบ]: เนื่องจากอาจมีฮิกส์โบซอนหลายชนิด จึงไม่มีคำตอบที่ตายตัว^{[ 29 ]}
[ เน้นข้อความในต้นฉบับ ]
↑ ข้อความดังกล่าวไม่รวมเม ซอนสปิน 0 เช่นไพอน เนื่องจากเป็นที่ทราบกัน ดี ว่าพวก มันประกอบขึ้นจากคู่ของเฟอร์มิออ นสปิ น1/2
↑ตัวอย่างเช่น: The Huffington Post / Reuters ^{[ 49 ]}และอื่นๆ^{[ 50 ]}
↑คาดว่าผลกระทบของฟองอากาศจะแพร่กระจายไปทั่วจักรวาลด้วยความเร็วแสงจากจุดที่เกิด อย่างไรก็ตาม อวกาศนั้นกว้างใหญ่ไพศาล แม้แต่กาแล็กซีที่อยู่ใกล้ที่สุด ก็ อยู่ห่างจากเรากว่า 2 ล้านปีแสงและกาแล็กซีอื่นๆ ก็อยู่ห่างออกไปหลายพันล้านปีแสง ดังนั้นผลกระทบของเหตุการณ์ดังกล่าวจึงไม่น่าจะเกิดขึ้นที่นี่เป็นเวลาหลายพันล้านปีหลังจากที่เกิดขึ้นครั้งแรก^{[ 55 ]}^{[ 56 ]}
↑หากแบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) ถูกต้อง อนุภาคและแรงที่เราสังเกตเห็นในเอกภพของเรานั้นมีอยู่ได้ก็เพราะสนามควอนตัมพื้นฐาน สนามควอนตัมสามารถมีสถานะที่มีความเสถียรแตกต่างกันได้ รวมถึงสถานะ 'เสถียร' 'ไม่เสถียร' และ 'กึ่งเสถียร ' (สถานะหลังจะคงความเสถียรเว้นแต่จะถูกรบกวน มากพอ ) หากสถานะสุญญากาศที่เสถียรกว่าสามารถเกิดขึ้นได้ อนุภาคและแรงที่มีอยู่จะไม่เกิดขึ้นในรูปแบบปัจจุบันอีกต่อไป อนุภาคหรือแรงที่แตกต่างกันจะเกิดขึ้นจาก (และถูกกำหนดรูปร่างโดย) สถานะควอนตัมใหม่ที่เกิดขึ้น โลกที่เรารู้จักขึ้นอยู่กับอนุภาคและแรงเหล่านี้ ดังนั้นหากสิ่งนี้เกิดขึ้น ทุกสิ่งรอบตัวเรา ตั้งแต่อนุภาคย่อยอะตอมไปจนถึงกาแล็กซี และ แรงพื้นฐานทั้งหมดจะถูกสร้างขึ้นใหม่เป็นอนุภาค แรง และโครงสร้างพื้นฐานใหม่ เอกภพอาจสูญเสียโครงสร้างปัจจุบันทั้งหมดและกลายเป็นที่อยู่อาศัยของโครงสร้างใหม่ (ขึ้นอยู่กับสถานะที่เกี่ยวข้อง) โดยอิงจากสนามควอนตัมเดียวกัน
1 2ทฤษฎีบทของโกลด์สโตนใช้ได้เฉพาะกับเกจที่มีความแปรผันร่วมแบบลอเรนซ์ที่ปรากฏชัดซึ่งเป็นเงื่อนไขที่ต้องใช้เวลาจึงจะถูกตั้งคำถาม แต่กระบวนการควอนตัมต้องการให้เกจคงที่และ ณ จุดนี้จึงเป็นไปได้ที่จะเลือกเกจ เช่น เกจ 'รังสี' ซึ่งไม่คงที่ตลอดเวลา เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ ตามที่เบิร์นสไตน์ (1974)หน้า8 กล่าวไว้ว่า:
เงื่อนไข "เกจรังสี" ∇⋅A( $x$ ) = 0นั้นเห็นได้ชัดว่าไม่ใช่โคแวเรียนต์ ซึ่งหมายความว่าหากเราต้องการรักษาความเป็นตั้งฉากของโฟตอนในเฟรมลอเรนซ์ ทั้งหมด สนามโฟตอน A ( $x$ ) จะไม่สามารถแปลงรูปได้เหมือนเวกเตอร์สี่มิตินี่ไม่ใช่หายนะ เนื่องจากสนาม โฟตอน ไม่ใช่สิ่งที่สังเกตได้และเราสามารถแสดงได้อย่างง่ายดายว่าองค์ประกอบของเมทริกซ์ S ซึ่ง สังเกตได้ นั้นมีโครงสร้างโคแวเรียนต์ ... ในทฤษฎีเกจ เราอาจจัดเรียงสิ่งต่างๆ เพื่อให้เกิดการแตกของสมมาตรเนื่องจากความไม่คงที่ของสุญญากาศ แต่เนื่องจากการพิสูจน์ของโกลด์สโตนและคณะล้มเหลว เมซอนโกลด์สโตนที่มีมวลเป็นศูนย์จึงไม่จำเป็นต้องปรากฏ [ เน้นข้อความในต้นฉบับ ]
Bernstein (1974)มีข้อมูลพื้นฐานและบทวิจารณ์ที่ครอบคลุมและเข้าใจง่ายในสาขานี้ ดูได้จากลิงก์ ภายนอก
↑พื้นที่ที่มีศักยภาพที่จะเป็น "พื้นที่หมวกเม็กซิกัน" $V(\phi )=\mu ^{2}\phi ^{2}+\lambda \phi ^{4}$ และ $\mu ^{2}<0$ มีค่าต่ำสุดไม่ใช่ที่ศูนย์ แต่เป็นค่าที่ไม่ใช่ศูนย์ค่าใดค่าหนึ่ง $\phi _{0}~.$ โดยการแสดงการกระทำในแง่ของสนาม ${\tilde {\phi }}=\phi -\phi _{0}$ (ที่ไหน $\phi _{0}$ (เป็นค่าคงที่ที่ไม่ขึ้นกับตำแหน่ง) เราพบว่าเทอมยูกาวะมีส่วนประกอบ $g\phi _{0}{\bar {\psi }}\psi ~.$ เนื่องจากทั้ง $g$ และ $\phi _{0}$ เป็นค่าคงที่ ซึ่งดูเหมือนกับพจน์มวลของเฟอร์มิออนที่มีมวล $g\phi _{0}$ สนาม ${\tilde {\phi }}$ นั่นก็คือฟิลด์ฮิกส์
1 2 ตัวอย่างนี้อิงตามอัตราการผลิตที่ LHC ซึ่งทำงานที่ 7 TeV พื้นที่หน้าตัดรวมสำหรับการผลิตฮิกส์โบซอนที่ LHC อยู่ที่ประมาณ 10^พิโคบาร์น [⁹⁴^]ในขณะที่พื้นที่หน้าตัดรวมสำหรับการชนกันของโปรตอน-โปรตอนอยู่ที่ 110มิลลิบาร์น^[⁹⁵^]
↑ ก่อนที่ LEP จะปิดตัวลง มีเหตุการณ์บางอย่างที่บ่งชี้ถึงอนุภาคฮิกส์ถูกตรวจพบ แต่ก็ไม่ได้ถูกพิจารณาว่ามีความสำคัญมากพอที่จะขยายระยะเวลาการทำงานและทำให้การก่อสร้าง LHC ล่าช้าออกไป
1 2 3 ATLAS และ CMS เพิ่งค้นพบอนุภาคนี้ร่วมกันในเดือนกรกฎาคม ... หลังจากวันนี้ เราจะไม่รู้ว่ามันคือฮิกส์หรือไม่ ว่าเป็นฮิกส์ตามแบบจำลองมาตรฐานหรือไม่ หรือว่าแนวคิดเชิงคาดการณ์ใดๆ ... ถูกตัดออกไปแล้ว ... ความรู้เกี่ยวกับธรรมชาติไม่ได้มาง่ายๆ เราค้นพบควาร์กท็อปในปี 1995 และเรายังคงเรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของมันในปัจจุบัน ... เราจะยังคงเรียนรู้สิ่งสำคัญเกี่ยวกับฮิกส์ต่อไปในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า เราไม่มีทางเลือกอื่นนอกจากต้องอดทน — M. Strassler (2012)^{[ 129 ]}
↑ ในแบบจำลองมาตรฐาน เทอมมวลที่เกิดขึ้นจากลากรางเจียนของดิแรกสำหรับเฟอร์มิออนใดๆ $\psi$ เป็น $-m{\bar {\psi }}\psi$ สิ่งนี้ไม่คงที่ภายใต้สมมาตรอิเล็กโทรวีค ดังที่เห็นได้จากการเขียน $\psi$ ในแง่ของส่วนประกอบที่ใช้มือซ้ายและมือขวา:
$-m{\bar {\psi }}\psi \,=\,-m\left({\bar {\psi }}_{L}\psi _{R}+{\bar {\psi }}_{R}\psi _{L}\right)$
เช่น เงินบริจาคจาก ${\bar {\psi }}_{L}\psi _{L}$ และ ${\bar {\psi }}_{R}\psi _{R}$ เงื่อนไขไม่ปรากฏ เราเห็นว่าปฏิสัมพันธ์ที่สร้างมวลเกิดขึ้นได้จากการพลิกกลับของไครัลลิตี้ ของอนุภาคอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากอนุภาคสปินครึ่งไม่มีคู่เฮลิซิตี้ขวา/ซ้ายที่มี การแสดง SU(2)และSU(3) เดียวกัน และไฮเปอร์ชาร์จแบบอ่อนเดียวกัน ดังนั้น หากสมมติว่าประจุเกจเหล่านี้ได้รับการอนุรักษ์ในสุญญากาศ อนุภาคสปินครึ่งจะไม่สามารถสลับเฮลิซิตี้ได้เลย ดังนั้น หากไม่มีสาเหตุอื่นใด เฟอร์มิออนทั้งหมดจะต้องไม่มีมวล
↑ทฤษฎีบทของโกลด์สโตนก็มีบทบาทในทฤษฎีเหล่านี้เช่นกัน ความเชื่อมโยงทางเทคนิคคือ เมื่อคอนเดนเซตทำลายสมมาตร สถานะที่ได้มาจากการกระทำกับตัวสร้างสมมาตรบนคอนเดนเซตจะมีพลังงานเท่าเดิม ซึ่งหมายความว่าการสั่นบางประเภทจะไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงาน การสั่นที่มีพลังงานไม่เปลี่ยนแปลงบ่งชี้ว่าการกระตุ้น (อนุภาค) ที่เกี่ยวข้องกับการสั่นนั้นไม่มีมวล ดังนั้นผลลัพธ์ก็คือควรมีอนุภาคไร้มวลใหม่เกิดขึ้น ซึ่งรู้จักกันในชื่อโบซอนของโกลด์สโตนเนื่องจากโบซอนเกจที่มีมวลเป็นศูนย์มักจะเป็นตัวกลางในการปฏิสัมพันธ์ระยะไกล ดังนั้นควรมีแรงระยะไกลใหม่เกิดขึ้นด้วยเช่นกัน
↑ ในตอนแรกผู้คนคิดว่าแทคยอนเป็นอนุภาคที่เดินทางเร็วกว่าความเร็วแสง ... แต่ตอนนี้เรารู้แล้วว่าแทคยอนบ่งชี้ถึงความไม่เสถียรในทฤษฎีที่ประกอบด้วยมัน น่าเสียดายสำหรับแฟนนิยายวิทยาศาสตร์ แทคยอนไม่ใช่อนุภาคทางกายภาพจริงที่ปรากฏในธรรมชาติ^{[ 161 ]}
↑ขีดจำกัดบนนี้จะเพิ่มขึ้นเป็น185 GeV/ c²ถ้าขอบล่าง^ของ114.4 GeV/ c ²จากการค้นหาโดยตรงของ LEP-2 ได้รับอนุญาต^{[ 172 ]}
↑
ชื่ออื่นๆ ที่เคยใช้ ได้แก่:
- กลไก "แอนเดอร์สัน-ฮิกส์" ^{[ 180 ]}
- กลไก "ฮิกส์-คิบเบิล" (โดย อับดุส ซาลาม) ^{[ 91 ]}และ
- กลไก "ABEGHHK-'tH" [สำหรับ Anderson, Brout, Englert, Guralnik, Hagen, Higgs, Kibble และ 't Hooft] (โดย Peter Higgs) ^{[ 91 ]}
↑เบนจามิน ดับเบิลยู. ลียังใช้ชื่อภาษาเกาหลีว่า ลี วีโซอีก
↑
ตัวอย่างของงานวิจัยยุคแรกที่ใช้คำว่า "ฮิกส์โบซอน"ได้แก่
- Ellis, Gaillard, & Nanopoulos (1976) "ลักษณะเชิงปรากฏการณ์ของอนุภาคฮิกส์"
- Bjorken (1977) "ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนและกระแสกลาง"
- Wienberg (ได้รับในปี 1975) "มวลของอนุภาคฮิกส์"
↑ความร่วมมือทางการเงินระดับโลกอาจเป็นหนทางเดียวที่จะกอบกู้โครงการดังกล่าวได้ บางคนรู้สึกว่ารัฐสภาได้ทำลายโครงการนี้ไปแล้ว “เราต้องรักษาโมเมนตัมและความมองโลกในแง่ดีไว้ และเริ่มคิดถึงความร่วมมือระหว่างประเทศ” ลีออน เอ็ม. เลเดอร์แมน นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลผู้เป็นผู้ริเริ่มแผนซูเปอร์คอลไลเดอร์กล่าว^{[ 196 ]}
↑ในการเปรียบเทียบของมิลเลอร์ สนามฮิกส์เปรียบเสมือนคนงานพรรคการเมืองที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วห้อง จะมีบางคน (ในตัวอย่างของมิลเลอร์คือบุคคลนิรนาม) ที่เดินผ่านฝูงชนได้อย่างง่ายดาย ซึ่งเปรียบได้กับการปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามกับอนุภาคที่ไม่ปฏิสัมพันธ์กับสนาม เช่น โฟตอนที่ไม่มีมวล จะมีคนอื่นๆ (ในตัวอย่างของมิลเลอร์คือนายกรัฐมนตรีอังกฤษ) ที่พบว่าความก้าวหน้าของพวกเขาถูกชะลอลงอย่างต่อเนื่องโดยฝูงชนผู้ชื่นชมที่เบียดเสียดอยู่รอบๆ ซึ่งเปรียบได้กับการปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคที่ปฏิสัมพันธ์กับสนามและด้วยเหตุนี้จึงได้รับมวลที่จำกัด^{[ 221 ]}^{[ 222 ]}

แหล่งที่มา

เบิร์นสไตน์, เจเรมี (มกราคม 1974). "การแตกสมมาตรโดยธรรมชาติ ทฤษฎีเกจ กลไกฮิกส์ และทั้งหมดนั้น" (PDF) . บทวิจารณ์ฟิสิกส์สมัยใหม่ . 46 (1): 7– 48. รหัส บรรณานุกรม : 1974RvMP...46....7B . doi : 10.1103/RevModPhys.46.7 . เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อวันที่ 21 มกราคม 2013 . สืบค้นเมื่อ 10 ธันวาคม 2012 .
เพสกิน, ไมเคิล อี.; ชโรเดอร์, แดเนียล วี. (1995). บทนำสู่ทฤษฎีสนามควอนตัม. เรดดิง, แมสซาชูเซตส์: สำนักพิมพ์แอดดิสัน-เวสลีย์. ISBN 978-0-201-50397-5.
ทิปเลอร์, พอล; ลลีเวลลิน, ราล์ฟ (2003). ฟิสิกส์สมัยใหม่ . ดับเบิลยูเอช ฟรีแมน. ISBN 978-0-7167-4345-3.
กริฟฟิธส์, เดวิด (2008). บทนำเกี่ยวกับอนุภาคพื้นฐาน (ฉบับปรับปรุงครั้งที่ 2 ). ไวลีย์-วีเอช. ISBN 978-3-527-40601-2.

อ่านเพิ่มเติม

Nambu, Yoichiro ; Jona-Lasinio, Giovanni (1961). "แบบจำลองพลวัตของอนุภาคพื้นฐานโดยอาศัยความคล้ายคลึงกับสภาพนำยิ่งยวด" . Physical Review . 122 (1): 345– 358. Bibcode : 1961PhRv..122..345N . doi : 10.1103/PhysRev.122.345 .
Anderson, Philip W. (1963). "พลาสมอน ความไม่แปรผันของเกจ และมวล". Physical Review . 130 (1): 439– 442. Bibcode : 1963PhRv..130..439A . doi : 10.1103/PhysRev.130.439 .
Klein, Abraham ; Lee, Benjamin W. (1964). "การแตกสลายของสมมาตรโดยธรรมชาติบ่งชี้ถึงอนุภาคที่มีมวลเป็นศูนย์หรือไม่?" Physical Review Letters . 12 (10): 266– 268. Bibcode : 1964PhRvL..12..266K . doi : 10.1103/PhysRevLett.12.266 .
Gilbert, Walter (1964). "สมมาตรที่แตกหักและอนุภาคไร้มวล". Physical Review Letters . 12 (25): 713– 714. Bibcode : 1964PhRvL..12..713G . doi : 10.1103/PhysRevLett.12.713 .
Higgs, Peter (1964). "สมมาตรที่แตกหัก อนุภาคไร้มวล และสนามเกจ". Physics Letters . 12 (2): 132– 133. Bibcode : 1964PhL....12..132H . doi : 10.1016/0031-9163(64)91136-9 .
Guralnik, Gerald S. ; Hagen, CR ; Kibble, Tom WB (1968). "สมมาตรที่แตกหักและทฤษฎีบทโกลด์สโตน"ในCool, RL ; Marshak, RE (บรรณาธิการ). ความก้าวหน้าทางฟิสิกส์เล่ม 2. สำนักพิมพ์ Interscience Publishersหน้า567–708 . ISBN 978-0-470-17057-1เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 23 เมษายน 2555 เรียกดูเมื่อวันที่ 18 มิถุนายน 2554
แคร์รอล, ฌอน (2013). อนุภาคที่ปลายสุดของจักรวาล: การตามล่าหาอนุภาคฮิกส์นำเราไปสู่ขอบโลกใหม่ได้อย่างไร . ดัตตัน. ISBN 978-0-14-218030-3.
Jakobs, Karl; Seez, Chris (2015). "การค้นพบอนุภาคฮิกส์โบซอน" . Scholarpedia . 10 (9) 32413. doi : 10.4249/scholarpedia.32413 .

ลิงก์ภายนอก

วิทยาศาสตร์ยอดนิยม สื่อมวลชน และการรายงานข่าวทั่วไป

การสังเกตการณ์อนุภาคฮิกส์ที่ CERN เก็บถาวรเมื่อวันที่ 1 พฤศจิกายน 2019 ที่Wayback Machine
การตามหาอนุภาคฮิกส์โบซอนในการทดลอง CMS ที่ CERN
อนุภาคฮิกส์ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 17 มีนาคม 2021 ที่Wayback Machineโดย CERN Exploratorium
Particle Feverเป็นภาพยนตร์สารคดีเกี่ยวกับการค้นหาอนุภาคฮิกส์โบซอน
"The Atom Smashers"เป็นภาพยนตร์สารคดีเกี่ยวกับการค้นหาอนุภาคฮิกส์ที่เฟอร์มิแล็บ
บทความรวมเล่มจากเดอะการ์เดียน
วิดีโอ (04:38) – ประกาศของ CERN เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2555 เกี่ยวกับการค้นพบอนุภาคที่คาดว่าจะเป็นฮิกส์โบซอน
วิดีโอ 1 (07:44) + วิดีโอ 2 (07:44) – ฮิกส์โบซอน อธิบายโดยดร. แดเนียล ไวท์ สัน นักฟิสิกส์จาก CERN (16 มิถุนายน 2011)
HowStuffWorks: อนุภาคฮิกส์โบซอนคืออะไรกันแน่?
แคร์รอล, ฌอน . "ฮิกส์โบซอนกับฌอน แคร์รอล" . หกสิบสัญลักษณ์ . มหาวิทยาลัยนอตติงแฮม.
โอเวอร์บาย, เดนนิส (5 มีนาคม 2013). " การไล่ล่าอนุภาคฮิกส์: สองทีมคู่แข่งที่ CERN ค้นหาอนุภาคที่ยากจะเข้าถึงที่สุดในฟิสิกส์"หน้าวิทยาศาสตร์ของนิวยอร์กไทมส์สืบค้นเมื่อ22 กรกฎาคม 2013 –บทความสไตล์ "เบื้องหลัง" จากหนังสือพิมพ์นิวยอร์กไทมส์ เกี่ยวกับการค้นหาอนุภาคฮิกส์ที่ ATLAS และ CMS
เรื่องราวของทฤษฎีฮิกส์ โดยผู้เขียนบทความ PRL และผู้เกี่ยวข้องอื่นๆ:
- ฮิกส์, ปีเตอร์ (2010). "ชีวิตของฉันในฐานะโบซอน" (PDF) . การบรรยายที่คิงส์คอลเลจ ลอนดอน 24 พฤศจิกายน 2010. เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อวันที่ 4 พฤศจิกายน 2013. สืบค้นเมื่อ17 มกราคม 2013 .(อ่านเพิ่มเติม: ฮิกส์, ปีเตอร์ (24 พฤศจิกายน 2010). "ชีวิตของฉันในฐานะโบซอน: เรื่องราวของ "ฮิกส์")" วารสารฟิสิกส์สมัยใหม่นานาชาติ A . 17 (ฉบับเสริม 01): 86– 88. รหัสบรรณานุกรม : 2002IJMPA..17S..86H . doi : 10.1142/S0217751X02013046 .)
- คิบเบิล, ทอม (2009) กลไก Englert–Brout–Higgs–Guralnik–Hagen–Kibble (ประวัติศาสตร์ ) สกอลาร์พีเดีย. สืบค้นเมื่อ17 มกราคม 2556 .(เช่น: Kibble, Tom (2009). "กลไก Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble (ประวัติศาสตร์)" . Scholarpedia . 4 (1): 8741. Bibcode : 2009ShpJ...4.8741K . doi : 10.4249/scholarpedia.8741 .)
- Guralnik, Gerald (2009). "ประวัติการพัฒนาทฤษฎีการแตกสมมาตรโดยธรรมชาติและอนุภาคเกจของ Guralnik, Hagen และ Kibble" International Journal of Modern Physics A . 24 (14): 2601– 2627. arXiv : 0907.3466 . Bibcode : 2009IJMPA..24.2601G . doi : 10.1142/S0217751X09045431 . S2CID 16298371 . Guralnik , Gerald (2011). "จุดเริ่มต้นของการทำลายสมมาตรโดยธรรมชาติในฟิสิกส์อนุภาค รายงานการประชุม DPF-2011 พรอวิเดนซ์ รัฐโรดไอแลนด์ 8–13 สิงหาคม 2011" arXiv : 1110.2253v1 [ physics.hist-ph ]และ Guralnik, Gerald (2013). "แนวคิดนอกรีตที่เป็นรากฐานของแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค" เก็บถาวรเมื่อวันที่ 15 ตุลาคม 2013 ที่Wayback Machine SPG Mitteilungen มีนาคม 2013 ฉบับที่ 39 (หน้า 14) และการบรรยายที่มหาวิทยาลัยบราวน์เกี่ยวกับเอกสาร PRL ปี 1964
- ฟิลิป แอนเดอร์สัน (ไม่ใช่หนึ่งในผู้เขียนบทความใน PRL) เกี่ยวกับการแตกสมมาตรในสภาพนำยิ่งยวดและการแพร่กระจายไปสู่ฟิสิกส์อนุภาค และบทความใน PRL
การ์ตูนเกี่ยวกับการค้นหา
ชาม, ฮอร์เก (19 กุมภาพันธ์ 2014). "เรื่องจริงจากท้องถนน: การอธิบายอนุภาคฮิกส์โบซอนอีกครั้ง" . กองสูงขึ้นและลึกขึ้น . สืบค้นเมื่อ25 กุมภาพันธ์ 2014 .
อนุภาคฮิกส์โบซอนการสนทนาทางวิทยุ BBC Radio 4 กับ จิม อัล-คาลิลี, เดวิด วาร์ค และ โรเจอร์ แคชโมร์ ( ในยุคของเรา , 18 พฤศจิกายน 2004)

เอกสารสำคัญและอื่นๆ

"การสังเกตอนุภาคใหม่ในการค้นหาอนุภาคฮิกส์ของแบบจำลองมาตรฐานด้วยเครื่องตรวจจับ ATLAS ที่ LHC" Physics Letters B . 716 (2012): 1– 29. 2012. arXiv : 1207.7214 . Bibcode : 2012PhLB..716....1A . doi : 10.1016/j.physletb.2012.08.020 . S2CID 119169617 .
"การสังเกตการณ์อนุภาคโบซอนใหม่ที่มวล 125 GeV ด้วยการทดลอง CMS ที่ LHC" Physics Letters B . 716 (2012): 30– 61. 2012. arXiv : 1207.7235 . Bibcode : 2012PhLB..716...30C . doi : 10.1016/j.physletb.2012.08.021 .
กลุ่มข้อมูลอนุภาค: การทบทวนการค้นหาอนุภาคฮิกส์
2001, การเดินทางในห้วงเวลาและอวกาศ: รายงานการประชุมครั้งแรกของศูนย์ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีแห่งมิชิแกน : มิชิแกน, 21–25 พฤษภาคม 2001, (หน้า 86–88), บรรณาธิการ Michael J. Duff, James T. Liu, ISBN 978-981-238-231-3ซึ่งประกอบด้วยเรื่องราวของฮิกส์เกี่ยวกับอนุภาคฮิกส์โบซอน
Migdal, AA; Polyakov, AM (1966). "การแตกสลายโดยธรรมชาติของสมมาตรปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งและการไม่มีอนุภาคไร้มวล" (PDF) . Soviet Physics JETP . 24 (1): 91. Bibcode : 1967JETP...24...91M . S2CID 34510322 . เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อวันที่ 21 กันยายน 2018 –ตัวอย่างบทความวิจัยของรัสเซียปี 1966 เกี่ยวกับเรื่องนี้
กระทรวงพลังงานอธิบาย...อนุภาคฮิกส์โบซอน

บทนำสู่สาขานี้

การทำลายสมมาตรอิเล็กโทรวีค – บทนำเชิงการสอนเกี่ยวกับการทำลายสมมาตรอิเล็กโทรวีค พร้อมการพิสูจน์ความสัมพันธ์ที่สำคัญหลายประการทีละขั้นตอน โดย โรเบิร์ต ดี. เคลาเบอร์ 15 มกราคม 2018 (เก็บถาวรไว้ที่ Wayback Machine)
การแตกสมมาตรโดยธรรมชาติ ทฤษฎีเกจ กลไกฮิกส์ และอื่นๆ (เบิร์นสไตน์, บทวิจารณ์ฟิสิกส์สมัยใหม่มกราคม 1974) –บทนำ 47 หน้าที่ครอบคลุมการพัฒนา ประวัติศาสตร์ และคณิตศาสตร์ของทฤษฎีฮิกส์ตั้งแต่ประมาณปี 1950 ถึง 1974

[1] โปรดทราบว่าเหตุการณ์ดังกล่าวอาจเกิดขึ้นจากกระบวนการอื่นๆ ด้วย การตรวจจับเกี่ยวข้องกับการ มีจำนวนเหตุการณ์ดังกล่าวมากเกินกว่า ปกติอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับพลังงานเฉพาะ

[meanlife-4] 1 2 ในแบบจำลองมาตรฐาน ความกว้างการสลายตัวทั้งหมดของฮิกส์โบซอนที่มีมวล คือ คาดการณ์ว่าจะมีพลังงาน¹²⁵ GeV / c²4.07 × 10 ⁻³ GeV . ^{[ 2 ]}อายุเฉลี่ยกำหนดโดย⁠ $\tau =\hbar /\Gamma$ ⁠ .

[18] ในทฤษฎีที่อิงตามฮิกส์ อนุภาคฮิกส์เองควรจะเป็นข้อยกเว้น เนื่องจากมีมวลแม้ในระดับพลังงานสูง

[26] ในวิชาฟิสิกส์กฎใดๆจะเป็นจริงได้ก็ต่อเมื่อมีข้อสมมติบางประการเป็นจริง หรือเมื่อมีเงื่อนไขบางประการครบถ้วน ตัวอย่างเช่นกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันใช้ได้เฉพาะที่ความเร็วซึ่งผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพมีน้อยมาก และกฎที่เกี่ยวข้องกับการนำไฟฟ้า ก๊าซ และฟิสิกส์คลาสสิก (ตรงข้ามกับกลศาสตร์ควอนตัม) อาจใช้ได้เฉพาะในช่วงขนาด อุณหภูมิ ความดัน หรือเงื่อนไขอื่นๆ ที่กำหนดไว้เท่านั้น

[27] ตัวอย่างที่จะอธิบายเรื่องนี้คือ การวางดินสอไว้บนปลายแหลม การรบกวนใดๆ ก็ตามจะทำให้ดินสอล้มไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ระบบพื้นฐานมีความสมมาตรในแง่ของทิศทาง แต่ดินสอจะล้มไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ทำให้ความสมมาตรเชิงทิศทางนั้นเสียไป

[28] ในฟิสิกส์อนุภาคเชิงทฤษฎี เรากล่าวว่าอนุภาค A "ดูดซับ" อนุภาค Bเมื่อพวกมันกระทำพร้อมกันเสมอ และผลรวมของพวกมันไม่สามารถแยกออกจากกันได้โดยใช้สิ่งที่สังเกตได้: แม้ว่าคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการอาจมีสองส่วน คือ Aและ Bแต่เงื่อนไขเบื้องต้นที่สังเกตได้และผลลัพธ์ของมันนั้นไม่สามารถแยกแยะได้จากการปฏิสัมพันธ์ของสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นอนุภาคเดียว (ซึ่งโดยปกติแล้วจะได้รับชื่ออื่นที่แตกต่างกันเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น หนึ่งในการรวมกันของ โบซอนอิ เล็กโทรวีคเชิง ทฤษฎี $W$ และ $B$ $0$ เรียกว่าโบซอน Z )

[predictions-32] 1 2 3 ความสำเร็จของทฤษฎีอิเล็กโทรวีคที่อิงตามฮิกส์และแบบจำลองมาตรฐานแสดงให้เห็นได้จากการทำนายมวลของอนุภาคสองชนิดที่ตรวจพบในภายหลัง ได้แก่ โบซอน W (มวลที่ทำนายไว้:80.390 ± 0.018 GeV/ c²การวัดเชิงทดลอง^:80.387 ± 0.019 GeV/ c² ⁾และโบซอน Z (มวลที่คาดการณ์:91.1874 ± 0.0021 GeV/ c² ^การวัดเชิงทดลอง:91.1876 ± 0.0021 GeV/ c² ⁾การคาดการณ์ที่แม่นยำอื่นๆ ได้แก่กระแสกลางที่อ่อนแอ กลู ออน และควาร์กท็อปและควาร์กชาร์มซึ่งต่อมาได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีอยู่จริง

[33] สมมาตรอิเล็กโทรวีคถูกทำลายโดยสนามฮิกส์ในสถานะพลังงานต่ำสุด ซึ่งเรียกว่าสถานะพื้นฐานที่ระดับพลังงานสูง เหตุการณ์นี้จะไม่เกิดขึ้น และคาดว่าอนุภาคเกจของแรงอ่อนจะกลายเป็นไร้มวลเหนือระดับพลังงานเหล่านั้น

[massvsrange-35] ระยะของแรงแปรผกผันกับมวลของอนุภาคที่ส่งผ่านแรงนั้น^{[ 26 ]}
ในแบบจำลองมาตรฐาน แรงต่างๆ ถูกส่งผ่านโดยอนุภาคเสมือนการเคลื่อนที่และการปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคเหล่านี้ต่อกันถูกจำกัดโดยหลักการความไม่แน่นอนของ พลังงานและเวลา ผลก็คือ ยิ่งอนุภาคเสมือนมีมวลมากเท่าใด พลังงานของมันก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และด้วยเหตุนี้ ระยะทางที่มันสามารถเคลื่อนที่ได้ก็จะยิ่งสั้นลง มวลของอนุภาคจึงเป็นตัวกำหนดระยะทางสูงสุดที่มันสามารถมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคอื่นๆ และเป็นตัวกลางของแรงใดๆ ในทำนองเดียวกัน สิ่งตรงกันข้ามก็เป็นจริงเช่นกัน: อนุภาคที่ไม่มีมวลและเกือบไม่มีมวลสามารถนำพาแรงในระยะทางไกลได้
เนื่องจากการทดลองแสดงให้เห็นว่าแรงอ่อนมีผลในระยะสั้นมากเท่านั้น นั่นหมายความว่าต้องมีอนุภาคเกจโบซอนที่มีมวล และในความเป็นจริง มวลของพวกมันได้รับการยืนยันโดยการวัดแล้ว
(ดูเพิ่มเติม: ความยาวคลื่นคอมป์ตัน แรงสถิต และการแลกเปลี่ยนอนุภาคเสมือน )

[36] ในช่วงทศวรรษ 1960 หลายคนเริ่มมองว่าทฤษฎีเกจไม่สามารถอธิบายฟิสิกส์อนุภาคได้ เนื่องจากนักทฤษฎีไม่สามารถแก้ปัญหาเรื่องมวล หรือแม้กระทั่งอธิบายว่าทฤษฎีเกจจะให้คำตอบได้อย่างไร ดังนั้นแนวคิดที่ว่าแบบจำลองมาตรฐาน ซึ่งอาศัยสนามฮิกส์ที่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ว่ามีอยู่จริง อาจไม่ถูกต้องโดยพื้นฐาน จึงไม่ใช่เรื่องที่ไม่สมเหตุสมผล
ในทางตรงกันข้าม เมื่อแบบจำลองนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นราวปี 1972 ก็ไม่มีทฤษฎีใดที่ดีกว่านี้อีก และการคาดการณ์และคำตอบของแบบจำลองนี้แม่นยำมากจนกลายเป็นทฤษฎีที่ได้รับความนิยมไปโดยปริยาย ดังนั้นจึงกลายเป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งต่อวงการวิทยาศาสตร์ที่จะต้องตรวจสอบว่าแบบจำลองนี้ถูกต้องหรือไม่

[40] งานแถลงข่าวของดิสคัฟเวอรี กรกฎาคม 2555:
“ในฐานะคนทั่วไป ผมคิดว่าเราค้นพบมันแล้ว” รอล์ฟ-ดีเตอร์ ฮอยเออร์ ผู้อำนวยการใหญ่ของ CERN กล่าวในการสัมมนาเมื่อวันพุธที่ผ่านมา ซึ่งเป็นการประกาศผลการค้นหาอนุภาคฮิกส์ แต่เมื่อถูกนักข่าวถามย้ำว่า “มัน” คืออะไรกันแน่ เรื่องราวกลับซับซ้อนขึ้น
'เราค้นพบโบซอนแล้ว ตอนนี้เราต้องหาให้เจอว่ามันคือโบซอนชนิดใด' [ถาม]: 'ถ้าเราไม่รู้ว่าอนุภาคใหม่นี้คือฮิกส์โบซอน แล้วเรารู้อะไรเกี่ยวกับมันบ้าง?' [ตอบ]: เรารู้ว่ามันเป็นโบซอนชนิดหนึ่ง วิเวก ชาร์มา จาก CMS กล่าว [...] [ถาม]: 'นักวิทยาศาสตร์ของ CERN ระมัดระวังมากเกินไปหรือเปล่า? หลักฐานอะไรถึงจะเพียงพอที่จะเรียกมันว่าฮิกส์โบซอน?' [ตอบ]: เนื่องจากอาจมีฮิกส์โบซอนหลายชนิด จึงไม่มีคำตอบที่ตายตัว^{[ 29 ]}
[ เน้นข้อความในต้นฉบับ ]

[52] ข้อความดังกล่าวไม่รวมเม ซอนสปิน 0 เช่นไพอน เนื่องจากเป็นที่ทราบกัน ดี ว่าพวก มันประกอบขึ้นจากคู่ของเฟอร์มิออ นสปิ น1/2

[63] ตัวอย่างเช่น: The Huffington Post / Reuters ^{[ 49 ]}และอื่นๆ^{[ 50 ]}

[70] คาดว่าผลกระทบของฟองอากาศจะแพร่กระจายไปทั่วจักรวาลด้วยความเร็วแสงจากจุดที่เกิด อย่างไรก็ตาม อวกาศนั้นกว้างใหญ่ไพศาล แม้แต่กาแล็กซีที่อยู่ใกล้ที่สุด ก็ อยู่ห่างจากเรากว่า 2 ล้านปีแสงและกาแล็กซีอื่นๆ ก็อยู่ห่างออกไปหลายพันล้านปีแสง ดังนั้นผลกระทบของเหตุการณ์ดังกล่าวจึงไม่น่าจะเกิดขึ้นที่นี่เป็นเวลาหลายพันล้านปีหลังจากที่เกิดขึ้นครั้งแรก^{[ 55 ]}^{[ 56 ]}

[71] หากแบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) ถูกต้อง อนุภาคและแรงที่เราสังเกตเห็นในเอกภพของเรานั้นมีอยู่ได้ก็เพราะสนามควอนตัมพื้นฐาน สนามควอนตัมสามารถมีสถานะที่มีความเสถียรแตกต่างกันได้ รวมถึงสถานะ 'เสถียร' 'ไม่เสถียร' และ 'กึ่งเสถียร ' (สถานะหลังจะคงความเสถียรเว้นแต่จะถูกรบกวน มากพอ ) หากสถานะสุญญากาศที่เสถียรกว่าสามารถเกิดขึ้นได้ อนุภาคและแรงที่มีอยู่จะไม่เกิดขึ้นในรูปแบบปัจจุบันอีกต่อไป อนุภาคหรือแรงที่แตกต่างกันจะเกิดขึ้นจาก (และถูกกำหนดรูปร่างโดย) สถานะควอนตัมใหม่ที่เกิดขึ้น โลกที่เรารู้จักขึ้นอยู่กับอนุภาคและแรงเหล่านี้ ดังนั้นหากสิ่งนี้เกิดขึ้น ทุกสิ่งรอบตัวเรา ตั้งแต่อนุภาคย่อยอะตอมไปจนถึงกาแล็กซี และ แรงพื้นฐานทั้งหมดจะถูกสร้างขึ้นใหม่เป็นอนุภาค แรง และโครงสร้างพื้นฐานใหม่ เอกภพอาจสูญเสียโครงสร้างปัจจุบันทั้งหมดและกลายเป็นที่อยู่อาศัยของโครงสร้างใหม่ (ขึ้นอยู่กับสถานะที่เกี่ยวข้อง) โดยอิงจากสนามควอนตัมเดียวกัน

[GoldstoneNote-88] 1 2ทฤษฎีบทของโกลด์สโตนใช้ได้เฉพาะกับเกจที่มีความแปรผันร่วมแบบลอเรนซ์ที่ปรากฏชัดซึ่งเป็นเงื่อนไขที่ต้องใช้เวลาจึงจะถูกตั้งคำถาม แต่กระบวนการควอนตัมต้องการให้เกจคงที่และ ณ จุดนี้จึงเป็นไปได้ที่จะเลือกเกจ เช่น เกจ 'รังสี' ซึ่งไม่คงที่ตลอดเวลา เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ ตามที่เบิร์นสไตน์ (1974)หน้า8 กล่าวไว้ว่า:
เงื่อนไข "เกจรังสี" ∇⋅A( $x$ ) = 0นั้นเห็นได้ชัดว่าไม่ใช่โคแวเรียนต์ ซึ่งหมายความว่าหากเราต้องการรักษาความเป็นตั้งฉากของโฟตอนในเฟรมลอเรนซ์ ทั้งหมด สนามโฟตอน A ( $x$ ) จะไม่สามารถแปลงรูปได้เหมือนเวกเตอร์สี่มิตินี่ไม่ใช่หายนะ เนื่องจากสนาม โฟตอน ไม่ใช่สิ่งที่สังเกตได้และเราสามารถแสดงได้อย่างง่ายดายว่าองค์ประกอบของเมทริกซ์ S ซึ่ง สังเกตได้ นั้นมีโครงสร้างโคแวเรียนต์ ... ในทฤษฎีเกจ เราอาจจัดเรียงสิ่งต่างๆ เพื่อให้เกิดการแตกของสมมาตรเนื่องจากความไม่คงที่ของสุญญากาศ แต่เนื่องจากการพิสูจน์ของโกลด์สโตนและคณะล้มเหลว เมซอนโกลด์สโตนที่มีมวลเป็นศูนย์จึงไม่จำเป็นต้องปรากฏ [ เน้นข้อความในต้นฉบับ ]
Bernstein (1974)มีข้อมูลพื้นฐานและบทวิจารณ์ที่ครอบคลุมและเข้าใจง่ายในสาขานี้ ดูได้จากลิงก์ ภายนอก

[99] พื้นที่ที่มีศักยภาพที่จะเป็น "พื้นที่หมวกเม็กซิกัน" $V(\phi )=\mu ^{2}\phi ^{2}+\lambda \phi ^{4}$ และ $\mu ^{2}<0$ มีค่าต่ำสุดไม่ใช่ที่ศูนย์ แต่เป็นค่าที่ไม่ใช่ศูนย์ค่าใดค่าหนึ่ง $\phi _{0}~.$ โดยการแสดงการกระทำในแง่ของสนาม ${\tilde {\phi }}=\phi -\phi _{0}$ (ที่ไหน $\phi _{0}$ (เป็นค่าคงที่ที่ไม่ขึ้นกับตำแหน่ง) เราพบว่าเทอมยูกาวะมีส่วนประกอบ $g\phi _{0}{\bar {\psi }}\psi ~.$ เนื่องจากทั้ง $g$ และ $\phi _{0}$ เป็นค่าคงที่ ซึ่งดูเหมือนกับพจน์มวลของเฟอร์มิออนที่มีมวล $g\phi _{0}$ สนาม ${\tilde {\phi }}$ นั่นก็คือฟิลด์ฮิกส์

[production_rate-113] 1 2 ตัวอย่างนี้อิงตามอัตราการผลิตที่ LHC ซึ่งทำงานที่ 7 TeV พื้นที่หน้าตัดรวมสำหรับการผลิตฮิกส์โบซอนที่ LHC อยู่ที่ประมาณ 10^พิโคบาร์น [⁹⁴^]ในขณะที่พื้นที่หน้าตัดรวมสำหรับการชนกันของโปรตอน-โปรตอนอยู่ที่ 110มิลลิบาร์น^[⁹⁵^]

[117] ก่อนที่ LEP จะปิดตัวลง มีเหตุการณ์บางอย่างที่บ่งชี้ถึงอนุภาคฮิกส์ถูกตรวจพบ แต่ก็ไม่ได้ถูกพิจารณาว่ามีความสำคัญมากพอที่จะขยายระยะเวลาการทำงานและทำให้การก่อสร้าง LHC ล่าช้าออกไป

[strassler_nov_2012-149] 1 2 3 ATLAS และ CMS เพิ่งค้นพบอนุภาคนี้ร่วมกันในเดือนกรกฎาคม ... หลังจากวันนี้ เราจะไม่รู้ว่ามันคือฮิกส์หรือไม่ ว่าเป็นฮิกส์ตามแบบจำลองมาตรฐานหรือไม่ หรือว่าแนวคิดเชิงคาดการณ์ใดๆ ... ถูกตัดออกไปแล้ว ... ความรู้เกี่ยวกับธรรมชาติไม่ได้มาง่ายๆ เราค้นพบควาร์กท็อปในปี 1995 และเรายังคงเรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของมันในปัจจุบัน ... เราจะยังคงเรียนรู้สิ่งสำคัญเกี่ยวกับฮิกส์ต่อไปในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า เราไม่มีทางเลือกอื่นนอกจากต้องอดทน — M. Strassler (2012)^{[ 129 ]}

[172] ในแบบจำลองมาตรฐาน เทอมมวลที่เกิดขึ้นจากลากรางเจียนของดิแรกสำหรับเฟอร์มิออนใดๆ $\psi$ เป็น $-m{\bar {\psi }}\psi$ สิ่งนี้ไม่คงที่ภายใต้สมมาตรอิเล็กโทรวีค ดังที่เห็นได้จากการเขียน $\psi$ ในแง่ของส่วนประกอบที่ใช้มือซ้ายและมือขวา:
$-m{\bar {\psi }}\psi \,=\,-m\left({\bar {\psi }}_{L}\psi _{R}+{\bar {\psi }}_{R}\psi _{L}\right)$
เช่น เงินบริจาคจาก ${\bar {\psi }}_{L}\psi _{L}$ และ ${\bar {\psi }}_{R}\psi _{R}$ เงื่อนไขไม่ปรากฏ เราเห็นว่าปฏิสัมพันธ์ที่สร้างมวลเกิดขึ้นได้จากการพลิกกลับของไครัลลิตี้ ของอนุภาคอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากอนุภาคสปินครึ่งไม่มีคู่เฮลิซิตี้ขวา/ซ้ายที่มี การแสดง SU(2)และSU(3) เดียวกัน และไฮเปอร์ชาร์จแบบอ่อนเดียวกัน ดังนั้น หากสมมติว่าประจุเกจเหล่านี้ได้รับการอนุรักษ์ในสุญญากาศ อนุภาคสปินครึ่งจะไม่สามารถสลับเฮลิซิตี้ได้เลย ดังนั้น หากไม่มีสาเหตุอื่นใด เฟอร์มิออนทั้งหมดจะต้องไม่มีมวล

[175] ทฤษฎีบทของโกลด์สโตนก็มีบทบาทในทฤษฎีเหล่านี้เช่นกัน ความเชื่อมโยงทางเทคนิคคือ เมื่อคอนเดนเซตทำลายสมมาตร สถานะที่ได้มาจากการกระทำกับตัวสร้างสมมาตรบนคอนเดนเซตจะมีพลังงานเท่าเดิม ซึ่งหมายความว่าการสั่นบางประเภทจะไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงาน การสั่นที่มีพลังงานไม่เปลี่ยนแปลงบ่งชี้ว่าการกระตุ้น (อนุภาค) ที่เกี่ยวข้องกับการสั่นนั้นไม่มีมวล ดังนั้นผลลัพธ์ก็คือควรมีอนุภาคไร้มวลใหม่เกิดขึ้น ซึ่งรู้จักกันในชื่อโบซอนของโกลด์สโตนเนื่องจากโบซอนเกจที่มีมวลเป็นศูนย์มักจะเป็นตัวกลางในการปฏิสัมพันธ์ระยะไกล ดังนั้นควรมีแรงระยะไกลใหม่เกิดขึ้นด้วยเช่นกัน

[184] ในตอนแรกผู้คนคิดว่าแทคยอนเป็นอนุภาคที่เดินทางเร็วกว่าความเร็วแสง ... แต่ตอนนี้เรารู้แล้วว่าแทคยอนบ่งชี้ถึงความไม่เสถียรในทฤษฎีที่ประกอบด้วยมัน น่าเสียดายสำหรับแฟนนิยายวิทยาศาสตร์ แทคยอนไม่ใช่อนุภาคทางกายภาพจริงที่ปรากฏในธรรมชาติ^{[ 161 ]}

[196] ขีดจำกัดบนนี้จะเพิ่มขึ้นเป็น185 GeV/ c²ถ้าขอบล่าง^ของ114.4 GeV/ c ²จากการค้นหาโดยตรงของ LEP-2 ได้รับอนุญาต^{[ 172 ]}

[other-names-used-note-205] ชื่ออื่นๆ ที่เคยใช้ ได้แก่:
กลไก "แอนเดอร์สัน-ฮิกส์" ^{[ 180 ]}
กลไก "ฮิกส์-คิบเบิล" (โดย อับดุส ซาลาม) ^{[ 91 ]}และ
กลไก "ABEGHHK-'tH" [สำหรับ Anderson, Brout, Englert, Guralnik, Hagen, Higgs, Kibble และ 't Hooft] (โดย Peter Higgs) ^{[ 91 ]}

[mwDZA] กลไก "แอนเดอร์สัน-ฮิกส์" ^{[ 180 ]}

[mwDZU] กลไก "ฮิกส์-คิบเบิล" (โดย อับดุส ซาลาม) ^{[ 91 ]}และ

[mwDZo] กลไก "ABEGHHK-'tH" [สำหรับ Anderson, Brout, Englert, Guralnik, Hagen, Higgs, Kibble และ 't Hooft] (โดย Peter Higgs) ^{[ 91 ]}

[211] เบนจามิน ดับเบิลยู. ลียังใช้ชื่อภาษาเกาหลีว่า ลี วีโซอีก

[early-use-of-name-Higgs-boson-217] ตัวอย่างของงานวิจัยยุคแรกที่ใช้คำว่า "ฮิกส์โบซอน"ได้แก่
Ellis, Gaillard, & Nanopoulos (1976) "ลักษณะเชิงปรากฏการณ์ของอนุภาคฮิกส์"
Bjorken (1977) "ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนและกระแสกลาง"
Wienberg (ได้รับในปี 1975) "มวลของอนุภาคฮิกส์"

[mwDas] Ellis, Gaillard, & Nanopoulos (1976) "ลักษณะเชิงปรากฏการณ์ของอนุภาคฮิกส์"

[mwDaw] Bjorken (1977) "ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนและกระแสกลาง"

[mwDa0] Wienberg (ได้รับในปี 1975) "มวลของอนุภาคฮิกส์"

[226] ความร่วมมือทางการเงินระดับโลกอาจเป็นหนทางเดียวที่จะกอบกู้โครงการดังกล่าวได้ บางคนรู้สึกว่ารัฐสภาได้ทำลายโครงการนี้ไปแล้ว “เราต้องรักษาโมเมนตัมและความมองโลกในแง่ดีไว้ และเริ่มคิดถึงความร่วมมือระหว่างประเทศ” ลีออน เอ็ม. เลเดอร์แมน นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลผู้เป็นผู้ริเริ่มแผนซูเปอร์คอลไลเดอร์กล่าว^{[ 196 ]}

[251] ในการเปรียบเทียบของมิลเลอร์ สนามฮิกส์เปรียบเสมือนคนงานพรรคการเมืองที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วห้อง จะมีบางคน (ในตัวอย่างของมิลเลอร์คือบุคคลนิรนาม) ที่เดินผ่านฝูงชนได้อย่างง่ายดาย ซึ่งเปรียบได้กับการปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามกับอนุภาคที่ไม่ปฏิสัมพันธ์กับสนาม เช่น โฟตอนที่ไม่มีมวล จะมีคนอื่นๆ (ในตัวอย่างของมิลเลอร์คือนายกรัฐมนตรีอังกฤษ) ที่พบว่าความก้าวหน้าของพวกเขาถูกชะลอลงอย่างต่อเนื่องโดยฝูงชนผู้ชื่นชมที่เบียดเสียดอยู่รอบๆ ซึ่งเปรียบได้กับการปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคที่ปฏิสัมพันธ์กับสนามและด้วยเหตุนี้จึงได้รับมวลที่จำกัด^{[ 221 ]}^{[ 222 ]}

อนุภาค

[

11

[

[

[ 14 ]

[ 15 ]

[ c ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ d ]

[ e ]

[ f ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ g ]

[ h ]

[ i ]

[ j ]

[ 27 ]

[

[ 29 ]

[ k ]

[ 30 ]

[ 31 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 32 ]

[ 33 ]

[ 34 ]

[ 35 ]

[ 36 ]

[

[ 38 ]

[ 39 ]

[ 40 ]

l

[

[

[ 43 ]

44 ] [

45 ] [

46 ] [

47 ] [

48 ] บาง

[ m ]

[ 51 ]

[ 52 ]

[ 53 ]

[ 54 ]

[

[

o

[

[

[ 59 ]

[

[ 61 ]

[ 62 ]

63 ] [

64 ] ใน

[ 65 ]

[ 66 ]

[ 67 ]

[ 68 ]

[ 69 ]

[ 70 ]

[ 71 ]

72

[

[

[

[

[

[

[

[

[

[

[

[

[

[

[

[

[ 87 ]

[ 88 ]

[

[

[ 91 ]

[ 92 ]

[ 93 ]

[ r ]

[

ฮิกส์โบซอน

การแนะนำ

รุ่นมาตรฐาน

ทฤษฎีและสมมาตรที่ไม่ขึ้นกับเกจ

ปัญหาของมวลนิ่งของเกจโบซอน

การทำลายสมมาตร

กลไกฮิกส์

สนามฮิกส์

"ปัญหาหลัก"

การค้นหาและการค้นพบ

การตีความ

ภาพรวมของอนุภาคฮิกส์และคุณสมบัติของสนาม

ความสำคัญ

ฟิสิกส์อนุภาค

การตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองมาตรฐาน

การแตกสมมาตรของอันตรกิริยาอิเล็กโทรวีค

การได้มาซึ่งมวลอนุภาค

ฟิลด์สเกลาร์และการขยายแบบจำลองมาตรฐาน

จักรวาลวิทยา

อินฟลาตอน

ธรรมชาติของจักรวาลและชะตากรรมที่เป็นไปได้ของมัน

พลังงานสุญญากาศและค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยา

ประวัติศาสตร์

การสร้างทฤษฎี

บทสรุปและผลกระทบของบทความวิจัย PRL

การค้นหาเชิงทดลอง

ค้นหาก่อนวันที่ 4 กรกฎาคม 2555

การค้นพบอนุภาคโบซอนที่น่าจะเป็นไปได้ที่ CERN

อนุภาคใหม่ที่ได้รับการทดสอบแล้วว่าเป็นอนุภาคฮิกส์ที่เป็นไปได้

การยืนยันการมีอยู่และสถานะ

ผลการค้นพบตั้งแต่ปี 2013 เป็นต้นมา

ประเด็นเชิงทฤษฎี

ความจำเป็นทางทฤษฎีของฮิกส์

คำอธิบายอย่างง่ายของทฤษฎี ตั้งแต่จุดเริ่มต้นในเรื่องสภาพนำยิ่งยวด

แบบจำลองทางเลือก

ประเด็นทางทฤษฎีเพิ่มเติมและปัญหาลำดับชั้น

คุณสมบัติ

คุณสมบัติของสนามฮิกส์

คุณสมบัติของอนุภาคฮิกส์

การผลิต

การผุพัง

การผลิตคู่

การอภิปรายสาธารณะ

การตั้งชื่อ

ชื่อที่นักฟิสิกส์ใช้

ชื่อเล่น

ข้อเสนออื่นๆ

คำอธิบายและการเปรียบเทียบเชิงการศึกษา

การยกย่องและรางวัล

แง่มุมทางเทคนิคและการกำหนดสูตรทางคณิตศาสตร์

ดูเพิ่มเติม

รุ่นมาตรฐาน

อื่น

หมายเหตุอธิบาย

แหล่งที่มา

อ่านเพิ่มเติม

ลิงก์ภายนอก

วิทยาศาสตร์ยอดนิยม สื่อมวลชน และการรายงานข่าวทั่วไป

เอกสารสำคัญและอื่นๆ

บทนำสู่สาขานี้

ข้อมูลสำคัญจากบทความ