Nuclear Science
STKC 2555

พวกข้าพเจ้าขอนำเสนอฮิกก์ซอน

สุรศักดิ์ พงศ์พันธุ์สุข
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)
          เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2555 วันที่เซิร์น (CERN ย่อตามภาษาฝรั่งเศส Conseil Europ?enne pour la Recherche Nucl?aire ซึ่งต่อมาเปลี่ยนเป็น Organisation Europ?enne pour la Recherche Nucl?aire ตรงกับภาษาอังกฤษว่า European Organization for Nuclear Research) ประกาศการค้นพบอนุภาคฮิกกส์โบซอน (Higgs boson) กอร์ดอน เฟรเซอร์ Gordon Fraser) และไมเคิล เรียร์ดัน (Michael Riordan) แย้งว่าอนุภาคโบซอนที่ค้นพบที่เซิร์น ไม่สมควรเรียกว่า “ฮิกกส์โบซอน” แต่ควรเรียกว่า “ฮิกก์ซอน” ดังคำแถลงของทั้งสองท่าน ดังต่อไปนี้...
อนุภาคโบซอนชนิดใหม่
          ณ บัดนี้ ในเมื่ออนุภาคมูลฐานโบซอนชนิดสเกลาร์ (fundamental scalar boson) ตัวเป็น ๆ ก็ได้โผล่มาให้เห็นและจับต้องได้แล้วในที่สุด ก็ย่อมถึงเวลาเสียที ที่จะหาชื่อเรียกหาที่ดีกว่า ให้แก่อนุภาคนี้ โดยเราสองคน (เฟรเซอร์แลเรียร์ดัน) ขอแปรญัติให้เรียกอนุภาคนี้ว่า “ฮิกก์ซอน” (higgson) ดังนี้...
“ฮิกกส์โบซอน” (Higgs boson) หรือ “อนุภาคฮิกกส์” (Higgs particle) เป็นชื่อที่เรียกยากจริง ๆ เพราะว่าทั้งยาวเกินไป และยังออกเสียงลำบาก จึงไม่น่าแปลกใจที่พวกนักฟิสิกส์ตัดมันให้สั้นลงเว่า “เจ้าฮิกกส์” (the Higgs) แต่นั่นเท่ากับเชื้อเชิญให้เกิดคำถาม : เจ้าฮิกกส์คืออะไรกันหรือ ? คือสาขาวิชาหรือ ? กลไกหรือ ? มวลหรือ ? เห็นได้ว่าชื่อนี้ดูจะกำกวมเกินไป บางอย่างดูเหมือนจะผิดเพี้ยนไปอย่างสาหัส กับนามที่ขนานกันอยู่ขณะนี้
ทำไมเราจึงต้องการบรรจุนามสกุลอย่างเป็นทางการของนักฟิสิกส์คนหนึ่ง เอาไว้ในชื่อของอนุภาคนี้ ในเมื่ออย่างน้อยยังมีอีก 5 ชื่อ ที่เกี่ยวข้องกับการก่อเกิดแก่นของแนวคิดพื้นฐานแก่อนุภาคนี้ ? ดังนั้นบางคนก็แนะว่า ให้เราแก้ไขปัญหานี้โดยเรียกอนุภาคนี้ว่า บีอีเอชโบซอน (BEH boson) หรือไม่ก็ อนุภาคอีบีเอช (EBH particle) แต่ทั้งสองชื่อนี้ก็แป้กในแง่การออกเสียง และไม่เร้าอารมณ์เอาเสียเลย และถ้ายังจะใช้ตรรกะเดิมนี้ในการตั้งชื่อต่อไป คงไม่แคล้วต้องเรืยกว่า บีอีเอชจีเอชเคโบซอน (BEHGHK boson) หรือลองดู อนุภาคเอเอ็นจีบีอีเอชจีเอชเค (ANGBEHGHK particle) จะเป็นอย่างไร ? ท่านคงเข้าใจประเด็นของเราแล้ว
ตามที่เมื่อเร็ว ๆ นี้ แฟรงก์ โคลส (Frank Close) ได้ร่ายไว้โดยละเอียดในหนังสือ The Infinity Puzzle ของเขา ว่า ปีเตอร์ ฮิกกส์ (Peter Higgs) ได้แถลงไว้ได้ชัดเจนที่สุดว่าด้วย กลไกการแตกหักของสมมาตร (symmetry-breaking mechanism) ที่เกี่ยวข้อง ว่าควรสังเกตพบผลที่ตามมาได้แก่ โบซอนชนิดเสกลาร์ชนิดหนึ่งที่ตอบสนองต่อการแกว่งกวัด (oscillation) ในสนามหลักมูล (underlying field) ดั่งนี้ จึงดูสมเหตุสมผลที่จะพ่วงชื่อของเขาไว้ด้วยกับโบซอนชนิดนี้ แต่นี่ไม่ได้หมายความว่า เราต้องเขียนชื่อนี้ด้วยตัวใหญ่ให้เห็นชัด ก็คือ เราสามารถเรียกอนุภาคนี้เพียงว่า ฮิกก์ซอน โดยในภาษาอังกฤษเขียนด้วย h ตัวเล็ก เป็น higgson ไม่ใช่ Higgson
ฉลาก (ชื่อ) อย่างนี้ ทำให้อนุภาคนี้มีสิทธิ์ที่จะมีที่ทางเคียงไปกับชื่ออนุภาคคลาสสิกอื่น ๆ อาทิเช่น อิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน นิวทริโน ควาร์ก และกลูออน แล้วยังเคียงได้กับชื่อหรือฉลากที่ใช้สำหรับอนุภาคทุกกลุ่ม อาทิเช่น เลปตอน เฮดรอน มีซอน แบรีออน เฟร์มีออน และโบซอน—ก็เพราะฮิกก์ซอนชนิดอื่น ๆ ก็อาจมีอยู่อีก
ชื่ออย่างอิเล็กตรอนและโปรตอนได้ก่อให้เกิดทิศทางพิเศษที่คงทนมาศตวรรษหนึ่งแล้ว เช่น เมื่อครั้งที่การแข่งขันเกิดขึ้นกับชื่ออนุภาคว่า “นิวตรอน” ว่าสมควรจะใช้กับอนุภาคใด ระหว่างอนุภาคที่มีประจุเป็นกลาง ที่อยู่ภายในนิวเคลียส (neutral nuclear inhabitant) ของรัทเทอร์ฟอร์ด (Rutherford) กับอนุภาคไร้ประจุที่เป็นผลผลิตการสลายให้รังสีบีตา (beta-decay product) ของเพาลี (Pauli) ซึ่งในที่สุดฝ่ายแรกชนะและได้ชื่อ “นิวตรอน” ไป ในขณะที่ฝ่ายหลังได้ชื่ออนุภาคว่า “นิวทริโน” ตั้งโดยแฟร์มี (Fermi) ซึ่งชื่อทั้งคู่ล้วนเป็นชื่อที่ยิ่งใหญ่
อีกตัวอย่างหนึ่งก็คืออัจฉริยภาพของ มารี เกลล์-แมน (Murray Gell-Mann)—ผู้มีพรสวรรค์ในการตั้งชื่ออย่างเอกอุ—ที่ดูออกว่าบัญชีชื่ออนุภาคมาถึงทางตันแล้ว และเขาได้สถาปนาวิธีที่แตกต่างมาตั้งชื่อหลายอนุภาคที่จะค้นพบต่อมา โดยการยื่นมือเข้าไปในหนังสือชื่อ Finnegan's Wake ของเจมส์ จอยซ์ (James Joyce) แล้วจกเอาคำว่า “ควาร์ก” (quark) ออกมาจากภาษาของตัวละครขี้เมาชื่อ Humphrey Chimpden Earwicker เอามาตั้งชื่อเหล่าอนุภาคประหลาด ที่มีประจุเป็นเศษส่วน อันผุดขึ้นมาโดยเป็นผลลัพธ์จากทฤษฎี SU(3) ของเขาเอง และชื่อนี้ก็ติดตลาดอย่างชิวชิว
ต่อมาไม่นานเราก็มี ชื่อทื่อ ๆ อย่าง อัปควาร์ก (up quarks) และ ดาวน์ควาร์ก (down quarks) แต่ต่อมาก็ยังดีที่มี ชื่อชวนฝัน อย่าง สเตรนจ์ควาร์ก (strange quark) และ ชาร์มควาร์ก (charm quark) หลังจากนั้นควาร์กตระกูลที่สามก็ปรากฏขึ้นมา ซึ่ง ชื่อที่สง่างาม อย่าง สัจจะ (truth) และ โสภา (beauty) กลับแพ้ให้กับ ชื่อธรรมดา ๆ อย่าง ท็อป (top) และบอตทอม (bottom) โดยควาร์กที่ชวนฝันเหล่านี้เกาะติดกันได้โดยการแลกเปลี่ยนอนุภาค กลูออน (gluons) ระหว่างกันกลับไปกลับมา มากกว่ามาติดกันเฉย ๆ ด้วยกลูออน
หลังจากยุคของเกลล์-แมน วิชาฟิสิกส์อนุภาคดูเหมือนจะหมดมุก ถึงขนาดต้องราดด้วยน้ำเย็นให้ฟื้น วิถีคิด (paradigm) ใหม่ที่สุดจึงเกิดขึ้นมา และได้ชื่อว่า แบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) นี่เป็นความทะเยอทะยานในทางวิทยาศาสตร์ แต่วลีนี้ไม่มีประโยชน์นักกับการสนทนาในงานเลี้ยงคอกเทลที่มีผู้ร่วมวงจากสาขาอื่น ๆ ในแนวคิดนี้ แม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetism) มาแต่งงานกับแรงอย่างอ่อน (weak force) กลายเป็น แรงไฟฟ้าอย่างอ่อน (electroweak force) นับเป็นชื่อที่ดี แต่แรงนี้นำพาด้วย “อินเทอร์มีเดียตเวกเตอร์โบซอน” (intermediate vector bosons) ที่มี ชื่อทื่อ ๆ เรียกว่า ดับเบิลยู (W) และ ซี หรือ แซด (Z)
และที่กลางดวงใจของทฤษฎีใหม่ซึ่งบดบังอยู่ในความลี้ลับ ก็คือ กลไกการแตกหักของสมมาตร ซึ่งถนอมเกจอินแวเรียนซ์ (gauge invariance) เอาไว้ (กลไกนี้เข้าได้ดีกับทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า) แต่ทำให้อนุภาคมูลฐานทั้งหลายเกิดมี “น้ำหนัก” ขึ้นมา ทฤษฎีนี้ประกอบตัวขึ้นทีละชิ้น ๆ ในระหว่างต้นทศวรรษ 1960 โดยความพากเพียรของนักทฤษฎีมากกว่าหนึ่งโหลร่วมกันราวกับวงคอนเสิร์ต ก่อนที่เราจะตะโกน “ยูเรกา-ฉันค้นพบแล้ว” ได้ เราก็ต้องเติมน้ำในอ่างให้เต็มเสียก่อน แต่แทนที่ผลจะผลิจากการรวมใจอันยิ่งใหญ่นี้ ในท้ายที่สุด ทฤษฎีนี้กลับรู้จักในชื่อว่า กลไกฮิกกส์ (Higgs mechanism) ตามชื่อของคนเพียงหนึ่งคนของผู้สนับสนุนหลักของทฤษฎีนี้
ที่เคียงคู่ตามมากับกลไกนี้ ก็คือจำเป็นต้องแต่งตั้งอนุภาคโบซอนชนิดสเกลาร์ขึ้นมาอีกอย่างหนึ่ง (หรือหลายอย่าง) ซึ่ง ลีออน ลีเดอร์แมน (Leon Lederman ได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานเกี่ยวกับนิวทริโน) ใช้หนังสือทั้งเล่มเพื่อพยายามจะตั้งชื่อใหม่ให้กับอนุภาคนี้ว่า “อนุภาคพระเจ้า” (God particle) แต่นั่นน่าจะมากไปหน่อยสำหรับเหล่านักฟิสิกส์อนุภาคที่ไม่เคยเชื่อว่าพระเจ้ามีจริง คนพวกนี้จึงยังยึดติดอย่างดื้อด้านอยูกับคำว่า “อนุภาคฮิกกส์” และหลังจากเสาะแสวงเข้าไปในแทบทุกซอกหลืบที่จะเข้าไปได้ ตลอดสี่ทศวรรษที่ผ่านมา ในที่สุดพวกเขาก็ค้นพบเหยื่อที่ตรงทุกข้อบ่งชี้ว่าใช่แน่ ซึ่งหลบหลีกการล่ามาได้แสนนานนี้
ปีเตอร์ ฮิกกส์

          บทหนึ่งของตำนานการตั้งชื่อในศตวรรษอันยาวนานนี้ ที่โดนใจเราเพราะเกี่ยวกันโต้ง ๆ แก่การตั้งฉายาที่เหมาะเจาะให้กับโบซอนชนิดสเกลาร์ชนิดนี้ เรื่องคือ กับการอุบัติขึ้นของ กลศาสตร์ควอนตัม (quantum mechanics) เมื่อทศวรรษ 1920 นักฟิสิกส์ตระหนักว่า ฟังก์ชันคลื่น (wave function) อาจจะ เป็นสมมาตร (symmetric) หรือไม่ก็ เป็นปฏิสมมาตร (antisymmetric) ซึ่งกับกลไกการแตกหักของสมมาตรเมื่อต้นทศวรรษ 1960 นั้น มีนักฟิสิกส์มากมายที่มีส่วนร่วม แต่ฟังก์ชันคลื่นสมมาตร (symmetric wave function) จัดอยู่ในพวกสถิติโบส-ไอน์สไตน์ (Bose–Einstein statistics) และฟังก์ชันคลื่นปฏิสมมาตรจัดอยู่ในพวกสถิติแฟร์มี-ดิแรก (Fermi–Dirac statistics) ต่อมาไม่นานอนุภาคที่เกี่วยข้องก็ได้ชื่อว่า “พวกอนุภาคแฟร์มี” (Fermi particles) กับ “พวกอนุภาคโบส” (Bose particles) คือมีการตัดชื่อนักฟิสิกส์คนสำคัญทิ้งไปสองชื่อ แต่ช่วยผู้พูดให้ประหยัดได้หลายพยางค์ (สรุปว่า การตัดชื่อผู้มีส่วนร่วมที่แม้มีความยิ่งใหญ่สักเพียงใด ก็เคยมีมาก่อนแล้ว)
ต่อมาในเดือนธันวาคม 1945 ดิแรกไปบรรยายแก่สาธารณะว่าด้วยทฤษฎีอะตอม ในกรุงปารีสที่กำลังถูกสงครามทำลายล้าง ผู้ฟังหวังว่าจะได้ฟังเกี่ยวกับลูกระเบิดอะตอม แต่เขากลับพูดเกี่ยวกับหัวข้อในกลศาสตร์ควอนตัม ที่รู้กันอยู่ในกลุ่มคนจำนวนน้อย ในระหว่างนั้น เขาเสนอคำใหม่สองคำลงมาบรรจุในปทานุกรมของพวกเรา ก็คือแทนที่จะพูดว่าพวกอนุภาคแฟร์มี เขากลับใช้คำว่า “เฟร์มีออน” และเขาเรียกพวกอนุภาคโบสว่า “โบซอน” ผู้ฟังส่วนใหญ่ไม่ประสีประสากับชื่อใหม่ของดิแรก แต่สองชื่อนี้กลับจับใจหมู่นักฟิสิกส์ โดยเป็นประโยชน์ใหญ่หลวงแก่วงการฟิสิกส์
สถานการณ์ตอนนี้ของอนุภาคใหม่ก็ไม่ต่างกันนัก จึงถึงเวลาที่เราจะหยุดเรียกโบซอนชนิดสเกลาร์นี้ว่า ฮิกกส์โบซอน (Higgs boson) เสียที และเริ่มเรียกหาเสียใหม่ในชื่ออื่นใดที่ดีกว่า นักฟิสิกส์เรามีชื่อมากมายที่เขียนด้วยอักษรตัวเล็ก สำหรับหน่วยการวัดที่สำคัญ ๆ ไม่ว่าจะ newton (นิวตัน) coulomb (คูลอมบ์) ampere (แอมแปร์) volt (โวลต์) ohm (โอห์ม) watt (วัตต์) และ kelvin (เคลวิน) แล้วทำไมเราจึงไม่ลองกระทำในทำนองคล้าย ๆ กัน กับอนุภาคใหม่อันชวนฝันใฝ่นี้ ?
          พวกเรามาเรียกอนุภาคนี้ว่า ฮิกก์ซอน กันเถอะ

จากเรื่อง Introducing the higgson โดย
          กอร์ดอน เฟรเซอร์ (Gordon Fraser) นักประพันธ์ (หนังสือเล่มล่าสุดของเขาคือ The Quantum Exodus) เขาอาศัยอยู่ในฝรั่งเศสใกล้กับ CERN
          ไมเคิล เรียร์ดัน (Michael Riordan) ผู้ประพันธ์เรื่อง The Hunting of the Quark ปัจจุบันอาศัยอยู่ที่ Orcas Island ในวอชิงตัน ประเทศสหรัฐอเมริกา

โพสต์เมื่อ : 11 กรกฎาคม 2555