อนุภาคมูลฐาน

ในสาขาฟิสิกส์ของอนุภาค อนุภาคมูลฐาน (อังกฤษ: elementary particle หรือ fundamental particle) หมายถึงอนุภาคหนึ่งที่ไม่เป็นที่รู้จัก ดังนั้นเราจึงไม่รู้ว่ามันประกอบขึ้นด้วยอนุภาคอื่นหรือไม่ มันเป็นหน่วยย่อยที่สุดในทางทฤษฎีฟิสิกส์ทั่วไป เราไม่ถือว่ามันประกอบขึ้นมาจากสิ่งใดอีก อนุภาคมูลฐานที่เรารู้จักกันดีที่สุดคือ อิเล็กตรอน ซึ่งไม่สามารถแยกย่อยเป็นอนุภาคใดๆได้อีก

แบบจำลองมาตรฐานของอนุภาคมูลฐาน

อนุภาคมูลฐานที่รู้จักแล้ว ได้แก่ เฟอร์มิออนพื้นฐาน (ควาร์ก, เลปตอน, และ) ซึ่งอนุภาคเหล่านี้โดยทั่วไปเป็น "อนุภาคสสาร" และ "อนุภาคปฏิสสาร" อีกชนิดหนึ่งได้แก่ โบซอนพื้นฐาน (เกจโบซอน และอนุภาคฮิกส์) ซึ่งอนุภาคเหล่านี้โดยทั่วไปเป็น "อนุภาคแรง" ที่เป็นตัวเชื่อมปฏิสัมพันธ์พื้นฐานในหมู่เฟอร์มิออนด้วยกัน อนุภาคที่ประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานตั้งแต่สองอนุภาคขึ้นไปจะเป็น "" (อังกฤษ: composite particle)

สสารในชีวิตประจำวันจะประกอบด้วยอะตอม ที่ครั้งหนึ่งเคยถูกสันนิษฐานว่ามันเป็นอนุภาคมูลฐานของสสาร คำว่า "อะตอม" แปลว่า "แบ่งไม่ได้" ในภาษากรีก แม้ว่าการมีอยู่ของอะตอมยังคงเป็นที่ถกเถียงกันจนถึงประมาณปี 1910 อย่างที่นักฟิสิกส์ชั้นนำบางคนถือว่าโมเลกุลเป็นภาพลวงตาทางคณิตศาสตร์ และถือว่าสสารอย่างสุดขั้วที่สุดจะประกอบด้วยพลังงาน ในไม่ช้า มีการค้นพบว่าอะตอมประกอบด้วยองค์ประกอบย่อย เมื่อเริ่มทศวรรษที่ 1930 อิเล็กตรอนและโปรตอนได้ถูกค้นพบ พร้อมกับโฟตอนซึ่งเป็นอนุภาคของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ในช่วงเวลานั้น การค้นพบล่าสุดของกลศาสตร์ควอนตัมได้มีก​​ารเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงของแนวคิดของอนุภาค อย่างเช่นอนุภาคเดี่ยวดูเหมือนจะสามารถขยายสนามได้อย่างที่คลื่นสามารถทำได้ (ทวิภาคของอนุภาคกับคลื่น (อังกฤษ: particle-wave duality)) ข้อความที่ขัดแย้งยังคงหลีกเลี่ยงคำอธิบายที่น่าพอใจ

โดยผ่านทางทฤษฎีควอนตัม โปรตอนและนิวตรอนถูกพบว่าประกอบด้วยควาร์กหลายตัว ได้แก่และ ซึ่งในปัจจุบันถือว่าพวกนี้เป็นอนุภาคมูลฐาน และภายในโมเลกุลหนึ่ง สามองศาอิสระของอิเล็กตรอน (ประจุ, สปินและวงโคจร) สามารถแยกผ่านทาง wavefunction ออกเป็นสาม'อนุภาคคล้าย' (อังกฤษ: quasiparticle) (Holon, spinon และ Orbiton) แต่อิเล็กตรอนอิสระ ซึ่งไม่ได้กำลังโคจรรอบนิวเคลียส จะขาดการเคลื่อนไหวในการโคจร และจะปรากฏในรูปที่แบ่งแยกไม่ได้ จึงยังคงถือว่าเป็นอนุภาคมูลฐาน

ราวปี 1980 สถานะของอนุภาคมูลฐานที่เป็นมูลฐานอย่างแท้จริง-"องค์ประกอบสุดขั้ว" ของสสาร- ได้ถูกละทิ้งเป็นส่วนใหญ่สำหรับแนวโน้มที่จะเป็นการปฏิบัติมากขึ้น ได้ถูกประมวลอยู่ในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาค ซึ่งเป็นทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จจากทดลองทางวิทยาศาสตร์มากที่สุด การขยายความและทฤษฎีทั้งหลายที่อธิบายเกินกว่าแบบจำลองมาตรฐาน รวมทั้งทฤษฎี supersymmetry ที่นิยมกันอย่างสุดขั้ว ได้เพิ่มจำนวนอนุภาคมูลฐานเป็นสองเท่าโดยการตั้งสมมติฐานที่แต่ละอนุภาคที่รู้จักกันแล้วควบรวมเข้ากับพันธมิตร"เงา" ทำให้มีจำนวนอนุภาคมากกว่าเดิม แม้ว่าสุดยอดพันธมิตรดังกล่าวทั้งหมดยังคงไม่ได้ถูกค้นพบแต่อย่างใด ในขณะเดียวกัน โบซอนมูลฐานที่เป็นตัวเชื่อมแรงโน้มถ่วงที่เรียกว่า (Graviton) ก็ยังคงเป็นสมมุติฐานอยู่

ภาพรวม

ภาพรวมของครอบครัวต่างๆของอนุภาคมูลฐานและอนุภาคผสม และทฤษฎีที่อธิบายปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน

อนุภาคมูลฐานทั้งหมดจะเป็นโบซอนหรือเฟอร์มิออนอย่างใดอย่างหนึ่งขึ้นอยู่กับสปินของพวกมันทั้งสอง ซึ่งแตกต่างกันในทางทฤษฎีของ อนุภาคที่มีครึ่งสปิน (อังกฤษ: half-integer spin) จะแสดงสถิติแบบแฟร์มี-ดิแรค (อังกฤษ: Fermi–Dirac statistics) เรียกว่าเฟอร์มิออน อนุภาคที่มีสปินเป็นจำนวนเต็ม หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าเต็มสปิน จะแสดงสถิติแบบ โบเซ-ไอน์สไตน์ เรียกว่าโบซอน

เฟอร์มิออนมูลฐาน:

• อนุภาคของสสาร
  • ควาร์ก:
    • ,
    • ,
    • ,
  • เลปตอน:
    • อิเล็กตรอน, (หรือแค่ "นิวตริโน")
    • ,
    • ,
• อนุภาคของปฏิสสาร

โบซอนมูลฐาน:

• อนุภาคของแรง (เกจโบซอน):
  • โฟตอน
  • กลูออน (เลขแปด)
  • (สมมุติฐาน)
• • อนุภาคฮิกส์

มวลของอนุภาคมีการวัดในหน่วยของพลังงานเมื่อเทียบกับพลังงานของอิเล็กตรอน (อิเล็กตรอนโวลต์). โดยการแปลงพลังงานให้เป็นมวล อนุภาคใด ๆ สามารถผลิตขึ้นได้โดยการชนกันของอนุภาคอื่น ๆ ที่พลังงานสูง ถึงแม้ว่าอนุภาคที่เกิดขึ้นใหม่อาจจะไม่ประกอบด้วยอนุภาคเดิมก็ตาม ยกตัวอย่างเช่นการกำเนิดของสสารจากการชนของโฟตอนหลายตัว ในทำนองเดียวกัน โปรตอนที่เกิดจากเฟอร์มิออนผสมมีการชนกันที่ความเร็วเกือบเท่าแสงเพื่อผลิตสารที่มีมวลค่อนข่างมากขึ้นที่เรียกว่าอนุภาคฮิกส์ อนุภาคมูลฐานที่มีขนาดใหญ่ที่สุด ทอปควาร์ก มีการสูญสลายอย่างรวดเร็ว แต่เห็นได้ชัดว่าไม่ได้ประกอบด้วยอนุภาคที่มีน้ำหนักเบากว่า

เมื่อทำการตรวจสอบที่พลังงานที่พอหาได้ในการทดลอง อนุภาคทั้งหลายแสดงเป็นขนาดทรงกลม ในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาคแบบปฏิบัติการ อนุภาคมูลฐานมักจะเป็นตัวแทนสำหรับยูทิลิตี้ที่ทำนายได้ในรูปของ "อนุภาคจุด" (อังกฤษ: point particle) ซึ่ง ในฐานะที่ไม่มีมิติ จะขาดส่วนขยายเชิงพื้นที่ แม้ว่าจะประสบความสำเร็จอย่างมาก แบบจำลองมาตรฐานจะถูกจำกัดลงเป็นโลกขนาดเล็กโดยละเลยแรงโน้มถ่วงของมัน และมีพารามิเตอร์บางตัวที่ถูกเพิ่มเข้าไปตามอำเภอใจโดยไม่มีการอธิบาย ในการค้นหาเพื่อแก้ไขข้อบกพร่องเหล่านั้น ทฤษฎีสตริงกล่าวว่าอนุภาคมูลฐานท้ายที่สุดประกอบด้วยสายพลังงานหนึ่งมิติที่มีขนาดน้อยที่สุดอย่างสมบูรณ์คือ (อังกฤษ: Planck length) (พลังก์เป็นนักฟิสิกส์คนหนึ่ง)

อนุภาคมูลฐานทั่วไป

บทความหลัก: ความอุดมสมบูรณ์ขององค์ประกอบของจักรวาล

ตามแบบจำลองปัจจุบันของ Big Bang nucleosynthesis องค์ประกอบในยุคกำเนิดโลกของสสารที่มองเห็นได้ของจักรวาลควรจะเป็นไฮโดรเจนประมาณ 75% และฮีเลียม-4 25% (ในรูปของมวล) นิวตรอนถูกทำขึ้นจากหนึ่งอัพควาร์กและสองดาวน์ควาร์ก ในขณะที่โปรตอนถูกทำจากสองอัพควาร์กและหนึ่งดาวน์ควาร์ก เนื่องจากอนุภาคมูลฐานทั่วไปอื่น ๆ (เช่นอิเล็กตรอน, นิวตริโนหรือโบซอนอ่อนแอ) จะเบามากหรือหายากมากเมื่อเทียบกับนิวเคลียสของอะตอม เราจึงสามารถตัดทิ้งการมีส่วนร่วมในมวลของพวกมันที่มีต่อมวลรวมของจักรวาลที่สามารถสังเกตได้ ดังนั้น เราสามารถสรุปได้ว่าส่วนใหญ่ของมวลที่มองเห็นได้ของจักรวาลประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ซึ่ง เหมือนเช่นแบริออนทั้งหมด มีผลให้ประกอบด้วยอัพควาร์กและดาวน์ควาร์กจำนวนมาก

บางประมาณการก็บ่งบอกว่ามีแบริออนประมาณ 10⁸⁰ ตัว (เกือบทั้งหมดเป็นโปรตอนและนิวตรอน) ในจักรวาลที่สังเกตเห็นได้

จำนวนโปรตอนในจักรวาลที่สังเกตเห็นได้จะถูกเรียกว่า'จำนวน Eddington'

ในแง่ของจำนวนของอนุภาค บางประมาณการได้หมายความว่าเกือบทุกสสาร โดยไม่รวมสสารมืด, จะเกิดขึ้นในนิวตริโน และนั่นก็ประมาณ 10⁸⁶ เป็นอนุภาคมูลฐานของสสารที่มีอยู่ในจักรวาลที่มองเห็นได้ ส่วนใหญ่เป็นนิวตริโน ประมาณการอื่น ๆ บ่งบอกว่าประมาณ 10⁹⁷ เป็นอนุภาคมูลฐานที่มีอยู่ในจักรวาลที่มองเห็นได้ (ไม่รวมสสารมืด) ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโฟตอน, แกรวิตอน และตัวบรรทุกแรงที่ไม่มีมวลอื่น ๆ

แบบจำลองมาตรฐาน

บทความหลัก: แบบจำลองมาตรฐาน

แสดงภาพกราฟิกของแบบจำลองมาตรฐาน แสดงสปิน, ประจุไฟฟ้า, มวลและการมีส่วนร่วมในปฏิสัมพันธ์ของแรงที่แตกต่างกัน คลิกที่ภาพเพื่อดูรายละเอียด

แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาคประกอบด้วย 12 สายพันธ์ (อังกฤษ: flavour) ของเฟอร์มิออนมูลฐานบวกกับปฏิยานุภาค (อังกฤษ: antiparticle) ที่สอดคล้องกันของพวกมัน เช่นเดียวกับโบซอนมูลฐานที่ตัวเชื่อมแรงต่าง ๆ กับและฮิกส์โบซอน ซึ่งมีรายงานเมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2012 ว่าดูเหมือนจะมีการตรวจพบโดยการทดลองหลักที่ LHC (ATLAS และ Compact Muon Solenoid (CMS)) อย่างไรก็ตาม แบบจำลองมาตรฐานได้รับการพืจารณาอย่างกว้างขวางที่จะเป็นทฤษฎีชั่วคราวมากกว่าจะเป็นทฤษฏีพื้นฐานอย่างแท้จริง เพราะมันไม่เป็นที่รู้จักว่ามันจะเข้ากันได้กับกฎสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein หรือไม่ อาจจะมีอนุภาคมูลฐานที่ยังเป็นสมมติฐานอยู่ไม่ได้มีการอธิบายโดยแบบจำลองมาตรฐาน เช่นแกรวิตอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่จะนำส่งแรงโน้มถ่วง และซูเปอร์พันธมิตรที่เรียกว่า sparticles ซึ่งเป็นพันธมิตรแบบ supersymmetric ของอนุภาคสามัญ

เฟอร์มิออนพื้นฐาน

บทความหลัก: เฟอร์มิออน

12 สายพันธ์ของเฟอร์มิออนพื้นฐานจะแบ่งออกเป็นสามรุ่นตระกูล แต่ละรุ่นมีสี่อนุภาค หกอนุภาคเป็นควาร์ก ส่วนที่เหลืออีกหกอนุภาคเป็น สามตัวในนั้นเป็นนิวตริโน ที่เหลืออีกสามตัวมีประจุไฟฟ้าเป็น -1: อิเล็กตรอนและญาติทั้งสองของมัน, และ

รุ่นตระกูลของอนุภาค

รุ่นที่หนึ่ง		รุ่นที่สอง		รุ่นที่สาม
ชื่อ	สัญลักษณ์	ชื่อ	สัญลักษณ์	ชื่อ	สัญลักษณ์
อิเล็กตรอน	e^-		μ^-		T^-
	Ve		Vμ		VT
ควาร์ก
รุ่นที่หนึ่ง		รุ่นที่สอง		รุ่นที่สาม
	u		c		t
	d		s		b

ปฏิยานุภาค

บทความหลัก: ปฏิสสาร

มี 12 อนุภาคที่ต่อต้าน (ปฏิยานุภาค) ของเฟอร์มิออนพื้นฐานที่สอดคล้องกับ 12 อนุภาคเหล่านี้เช่นกัน ยกตัวอย่างเช่น ปฏิอิเล็กตรอน หรือ โพซิตรอน (e⁺) เป็นอนุภาคที่ต่อต้านอิเล็กตรอนและมีประจุไฟฟ้า +1

รุ่นตระกูลของอนุภาค

ปฏิเลปตอน
รุ่นที่หนึ่ง		รุ่นที่สอง		รุ่นที่สาม
ชื่อ	สัญลักษณ์	ชื่อ	สัญลักษณ์	ชื่อ	สัญลักษณ์
โพซิตรอน	e^+		μ^+		T^+
	Ve		Vμ		VT
ปฏิควาร์ก
รุ่นที่หนึ่ง		รุ่นที่สอง		รุ่นที่สาม
	u		c		t
	d		s		b

ควาร์ก

บทความหลัก: ควาร์ก

ควาร์กและปฏิควาร์กที่โดดเดี่ยวไม่เคยมีการตรวจพบ ความจริงหนึ่งที่อธิบายได้ด้วยการคุมขังแบบสี (อังกฤษ: Colour confinement) ทุก ๆ ควาร์กบรรทุกหนึ่งในสามของ'ประจุสี'ของ'ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง'; นั่นคือปฏิควาร์กบรรทุกปฏิสี (อังกฤษ: anticolor) ที่คล้ายกัน อนุภาคที่มีประจุสีทั้งหลายมีปฏิสัมพันธ์ต่อกันผ่านการแลกเปลี่ยนกลูออนในทางเดียวกับที่อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าปฏิสัมพันธ์ต่อกันผ่านการแลกเปลี่ยนโฟตอน อย่างไรก็ตาม ตัวกลูออนเองก็เป็นแบบประจุสี เป็นผลให้มีการขยายขนาดของแรงที่แข็งแกร่งเมื่ออนุภาคประจุสีถูกแยกออกจากกัน ไม่เหมือนกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งจะลดลงเมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าถูกแยกออกจากกัน อนุภาคประจุสีจะมีแรงเพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตามอนุภาคประจุสีอาจรวมตัวกันเพื่อสร้างรูปเป็นที่เป็นกลางด้านสีที่เรียกว่าแฮดรอน ควาร์กอาจจับคู่กับปฏิควาร์ก: ควาร์กมีสีหนึ่งและปฏิควาร์กก็มีอีกสีหนึ่งที่เป็นปฏิปักษ์กัน (อังกฤษ: anticolor) ที่สอดคล้องกัน สีและปฏิสีจะหักล้างกันกลายเป็นเมซอนที่เป็นกลางด้านสี ในอีกทางเลือกหนึ่ง สามควาร์กสามารถอยู่ร่วมกันได้ โดยควาร์กเป็น "สีแดง" อีกควาร์กหนึ่งเป็น "สีน้ำเงิน" อีกควาร์กหนึ่งเป็น "สีเขียว" ทั้งสามควาร์กสีเหล่านี้รวมอยู่ด้วยกันในรูปแบบของแบริออนที่เป็นกลางด้านสี อย่างสมมาตร สามปฏิควาร์กที่มีสี "ปฏิแดง", "ปฏิน้ำเงืน" และ "ปฏิเขียว" สามารถสร้างเป็นที่เป็นกลางด้านสี

ควาร์กมีประจุไฟฟ้าที่เป็นเศษส่วน แต่ เนื่องจากพวกมันถูกคุมขังอยู่ภายในแฮดรอนซึ่งประจุของมันเป็นจำนวนเต็มทั้งหมด ประจุที่เป็นเศษส่วนไม่เคยถูกโดดเดี่ยว ข้อสังเกตคือควาร์กมีประจุไฟฟ้าเท่ากับ +2/3 หรือ -1/3 อย่างใดอย่างหนึ่ง ในขณะที่ปฏิควาร์กมีแประจุไฟฟ้าที่สอดคล้องกันเท่ากับ -2/3 หรือ +1/3 อย่างใดอย่างหนึ่ง

หลักฐานสำหรับการดำรงอยู่ของควาร์กมาจาก'การกระจายที่ไม่ยืดหยุ่นและลึก' (อังกฤษ: deep inelastic scattering): นั่นคือการยิงอิเล็กตรอนไปทีนิวเคลียสเพื่อตรวจสอบการกระจายตัวของประจุภายในนิวคลีออน (ซึ่งเป็นแบริออน) ถ้าประจุมีรูปแบบเพียงอย่างเดียว (อังกฤษ: uniform) สนามไฟฟ้ารอบโปรตอนควรจะมีรูปแบบเดียวกันด้วย และอิเล็กตรอนควรจะกระจายอย่างยืดหยุ่น อิเล็กตรอนพลังงานต่ำจะกระจายในลักษณะนี้ แต่ ที่เหนือกว่าพลังงานโดยเฉพาะ โปรตอนจะเบี่ยงเบนอิเล็กตรอนบางตัวผ่านมุมขนาดใหญ่ อิเล็กตรอนที่หดตัวจะมีพลังงานน้อยกว่ามากและ'เจ็ทของอนุภาค'ถูกปล่อยออกมา การกระจายอย่างไม่ยืดหยุ่นนี้ชี้ให้เห็นว่าประจุในโปรตอนไม่ได้มีรูปแบบเดียวแต่แยกออกเป็นอนุภาคขนาดเล็กที่มีประจุที่เรียกว่า ควาร์ก

โบซอนพื้นฐาน

บทความหลัก: โบซอน

ในแบบจำลองมาตรฐาน โบซอนเวกเตอร์ (สปิน -1) (กลูออน, โฟตอนและ โบซอน W และ Z) เป็นตัวเชื่อมระหว่างแรงต่าง ๆ ในขณะที่ฮิกส์โบซอน (สปิน-0) รับผิดชอบต่อมวลที่แท้จริงของอนุภาค โบซอนแตกต่างจากเฟอร์มิออนในความเป็นจริงที่ว่าโบซอนหลายตัวสามารถครอบครองสภาวะควอนตัมเดียวกัน (หลักการกีดกันของเพาลี (อังกฤษ: Pauli exclusion principle)) นอกจากนี้ โบซอนยังสามารถเป็นอย่างใดอย่างหนึ่งได้แก่เป็นมูลฐานเช่นเช่นโฟตอน หรือเป็นแบบผสมเช่นเมซอน สปินของโบซอนเป็นจำนวนเต็ม แทนที่จะเป็นจำนวนครึ่ง

กลูออน

บทความหลัก: กลูออน

กลูออนเป็นตัวเชื่อมในการปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง ซึ่งเชื่อมโยงหลายควาร์กเข้าด้วยกันกลายเป็นแฮดรอน, ซึ่งเป็นแบริออน (สามควาร์ก) หรือเมซอน (หนึ่งควาร์กและหนึ่งปฏิควาร์ก) อย่างใดอย่างหนึ่ง โปรตอนและนิวตรอนเป็นแบริออน เมื่อเชื่อมเข้าด้วยกันด้วยกลูออนกลายเป็นนิวเคลียส เช่นเดียวกับควาร์ก กลูออนแสดง(ประจุ)สีและปฏิสีที่ไม่เกี่ยวข้องกับแนวคิดของสีที่มองเห็น บางครั้งในการผสมกัน ทั้งหมดมีแปดรูปแบบของกลูออนที่แตกต่างกัน

โบซอนไฟฟ้าอ่อนแอ

บทความหลัก: และ โฟตอน

มีสามเกจโบซอนแบบอ่อนแอ ได้แก่ W⁺, W⁻, และ Z⁰; โบซอนเหล่านี้เป็นตัวเชื่อมใน W โบซอนเป็นที่รู้จักสำหรับการเป็นตัวเชื่อมของพวกมันในการสลายตัวของนิวเคลียส W⁻ จะแปลงนิวตรอนให้เป็นโปรตอน จากนั้นก็สลายตัวกลายเป็นอิเล็กตรอนและอิเล็กตรอนปฏินิวทริโนคู่ Z⁰ ไม่แปลงประจุ แต่เปลี่ยนโมเมนตัมแทน และเป็นกลไกอย่างเดียวเท่านั้นสำหรับนิวตริโนที่กระจายอย่างยืดหยุ่น เกจโบซอนแบบอ่อนแอถูกค้นพบเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมในอิเล็กตรอนจากการแลกเปลี่ยนระหว่างนิวตริโนกับ Z. โฟตอนที่ไม่มีมวลจะเป็นตัวเชื่อมระหว่างการปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า เกจโบซอนสี่ตัวเหล่านี้สร้างรูปแบบของการปฏิสัมพันธ์แบบไฟฟ้าอ่อนแอ (อังกฤษ: electroweak interaction) ในหมู่อนุภาคมูลฐานต่าง ๆ

ฮิกส์โบซอน

บทความหลัก: ฮิกส์โบซอน

แม้ว่าแรงที่อ่อนแอและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะปรากฏต่อเราค่อนข้างแตกต่างกับพลังงานในชีวิตประจำวันก็ตาม ทั้งสองแรงนี้ก็ถูกตั้งเป็นทฤษฏีเพื่อที่จะรวมกันเป็นแรงเดียวที่เรียกว่าเรงไฟฟ้าอ่อนแอ (อังกฤษ: electroweak force) ที่พลังงานสูง เห็นได้ชัดว่าคำทำนายนี้ได้รับการยืนยันจากการตรวจวัดพื้นที่หน้าตัดสำหรับการกระจายอิเล็กตรอน-โปรตอนแบบพลังงานสูงที่เครื่องทดลองการชนของเครื่องเร่งอนุภาคเยอรมันชื่อว่า Hadron Elektron Ring Anlage (HERA) ที่ Deutsches Elektronen-Synchrotron (English German Electron Synchrotron) (DESY) ความแตกต่างทั้งหลายที่พลังงานต่ำเป็นผลมาจากมวลที่สูงมากของ W และ Z โบซอน, ซึ่งเป็นผลมาจากกลไกของฮิกส์. ด้วยกระบวนการของ'การแตกออกแบบสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง' ฮิกส์เลือกทิศทางหนึ่งที่พิเศษในพื้นที่ไฟฟ้าอ่อนแอที่จะทำให้อนุภาคไฟฟ้าอ่อนแอสามตัวมีน้ำหนักมาก (โบซอนอ่อนแอทั้งหลาย) และทำให้ตัวหนึ่งยังคงปราศจากมวล (โฟตอน) ในวันที่ 4 กรกฎาคม 2012 หลังจากหลายปีของการค้นหาด้วยการทดลองเพื่อหาหลักฐานของการดำรงอยู่ของมัน, ฮิกส์โบซอนได้รับการประกาศว่าสามารถสังเกตได้ที่เครื่องทดลองการชนแฮดรอนขนาดใหญ่ (อังกฤษ: Large Hadron Collider) ของ CERN นายปีเตอร์ ฮิกส์ เป็นคนแรกที่ค้นพบการดำรงอยู่ของฮิกส์โบซอนได้ปรากฏตัวที่การประกาศนั้น เชื่อกันว่าฮิกส์โบซอนมีมวลประมาณ 125 GeV 'คุณค่าทางสถิติ'ของการค้นพบนี้ถูกรายงานว่า 5 ซิกมา ซึ่งหมายถึงความเชื่อมั่นอยู่ที่ประมาณ 99.99994% ในฟิสิกส์ของอนุภาค นี้เป็นระดับของคุณค่าที่จำเป็นในการขึ้นป้ายอย่างเป็นทางการว่าการสังเกตที่ได้จากการทดลองเป็น'การค้นพบ' การวิจัยในคุณสมบัติต่าง ๆ ของอนุภาคที่ถูกค้นพบใหม่มีการดำเนินการต่อไป

แกรวิตอน

บทความหลัก:

แกรวิตอนได้รับการตั้งสมมติฐานเพื่อเป็นตัวเชื่อมของแรงโน้มถ่วง แต่ก็ยังคงไม่ถูกค้นพบและบางครั้งมันก็ยังรวมอยู่ในตารางของอนุภาคมูลฐาน สปินของมันน่าจะเป็นสอง ดังนั้นมันจึงเป็นโบซอนตัวหนึ่ง และมันจะขาดประจุและมวล นอกเหนือจากการเป็นตัวเชื่อมของแรงที่อ่อนกำลังอย่างสุดขั้ว แกรวิตอนน่าจะมีปฏิยานุภาคของมันเอง^[] และสลายตัวอย่างรวดเร็ว, ทำให้การตรวจพบตัวมันมีความยากลำบากอย่างมากแม้ว่ามันจะมีอยู่จริง

ที่ไกลเกินกว่าแบบจำลองมาตรฐาน

อ้างอิง

• Bettini, Alessandro (2008) Introduction to Elementary Particle Physics. Cambridge Univ. Press.

1. Sylvie Braibant; Giorgio Giacomelli; Maurizio Spurio (2012). Particles and Fundamental Interactions: An Introduction to Particle Physics (2nd ed.). . pp. 1–3. ISBN .
2. Ronald Newburgh; Joseph Peidle; Wolfgang Rueckner (2006). "Einstein, Perrin, and the reality of atoms: 1905 revisited" (PDF). . 74 (6): 478–481. Bibcode:2006AmJPh..74..478N. doi:10.1119/1.2188962.
3. Friedel Weinert (2004). The Scientist as Philosopher: Philosophical Consequences of Great Scientific Discoveries. . p. 43. ISBN .
4. Friedel Weinert (2004). The Scientist as Philosopher: Philosophical Consequences of Great Scientific Discoveries. . pp. 57–59. ISBN .
5. Meinard Kuhlmann (24 Jul 2013). "Physicists debate whether the world is made of particles or fields—or something else entirely". .
6. Zeeya Merali (18 Apr 2012). "Not-quite-so elementary, my dear electron: Fundamental particle 'splits' into quasiparticles, including the new 'orbiton'". Nature. doi:10.1038/nature.2012.10471.
7. Ian O'Neill (24 Jul 2013). . . คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2016-03-13. สืบค้นเมื่อ 2013-08-28.
8. . "Unsolved mysteries—supersymmetry". The Particle Adventure. Berkeley Lab. สืบค้นเมื่อ 2013-08-28.
9. (2006). Revealing the Hidden Nature of Space and Time: Charting the Course for Elementary Particle Physics. . p. 68. ISBN .
10. "CERN latest data shows no sign of supersymmetry—yet". . 25 Jul 2013. สืบค้นเมื่อ 2013-08-28.
11. Ryan Avent (19 Jul 2012). "The Q&A: Brian Greene—Life after the Higgs". The Economist. สืบค้นเมื่อ 2013-08-28.
12. Sylvie Braibant; Giorgio Giacomelli; Maurizio Spurio (2012). Particles and Fundamental Interactions: An Introduction to Particle Physics (2nd ed.). . p. 384. ISBN .
13. Frank Heile. "Is the Total Number of Particles in the Universe Stable Over Long Periods of Time?". 2014.
14. Jared Brooks. "Galaxies and Cosmology" 2014-07-14 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน. 2014. p. 4, equation 16.
15. Robert Munafo (24 Jul 2013). "Notable Properties of Specific Numbers". สืบค้นเมื่อ 2013-08-28.
16. Lizzy Davies (4 July 2014). "Higgs boson announcement live: CERN scientists discover subatomic particle". The Guardian. สืบค้นเมื่อ 2012-07-06.
17. Lucas Taylor (4 Jul 2014). "Observation of a new particle with a mass of 125 GeV". . สืบค้นเมื่อ 2012-07-06.

แหล่งข้อมูลอื่น

• Particle Adventure เป็นเว็บไซต์ที่อธิบายเรื่องอนุภาคมูลฐานสำหรับคนทั่วไป ด้วยภาพประกอบที่เข้าใจง่าย (อังกฤษ)