ปีเตอร์ ฮิกกส์

สุรศักดิ์ พงศ์พันธุ์สุข
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

          ปีเตอร์ ฮิกกส์ เกิดที่เมืองนิวแคสเซิลเมื่อปี 1929 สงครามโลกครั้งที่สองทำให้การเรียนของหนุ่มน้อยฮิกกส์ชะงักไปบ้าง แต่ที่สุดแล้วเขาก็จบการศึกษาด้านฟิสิกส์ด้วย ปริญญาเกียรตินิยมอันดับที่หนึ่ง แล้วศึกษาต่อปริญญาโทและเอก ทั้งหมดเขาศึกษาที่คิงส์คอลเลจในกรุงลอนดอน ขณะเรียนฮิกกส์เคยโบกรถไปเที่ยวงานเทศกาลที่เอดินเบิร์ก-เมืองหลวงสกอต และตกหลุมรักเมืองนี้ เขาจึงเลือกมาทำงานเป็นนักวิจัยอาวุโสที่ มหาวิทยาลัยเอดินเบิร์ก จากนั้นก็ย้ายมาอยู่ในกรุงลอนดอน โดยผ่านหลายตำแหน่งที่ ยูนิเวอร์ซิตีคอลเลจ และ อิมพีเรียลคองเลจ จนถึงปี 1960 เขาจึงย้ายกลับไปสอนคณิตศาสตร์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเอดินเบิร์ก ปี 1980 เขาได้ตำแหน่งทางฟิสิกส์เชิงทฤษฎี ต่อมาได้เป็น สมาชิกของราชสมาคม (Royal Society) กับ สถาบันแห่งฟิสิกส์ (Institute of Physics) และในปี 1984 เขาได้รับ รางวัลและเหรียญรัทเทอร์ฟอร์ด (Rutherford Medal and Prize) ภายหลังเกษียณเขาได้รับเกียรติเป็นศาสตราจารย์เกียรติคุณ (Emeritus Professor) ที่มหาวิทยาลัยเอดินเบิร์ก
ก่อนจะสาธยายถึงอนุภาคฮิกกส์โบซอนว่าคืออะไร ก็น่าจะมากล่าวถึงแรงมูลฐาน 4 ชนิด (four fundamental forces) ทางฟิสิกส์ และเรื่องทั่วไปเกี่ยวกับอนุภาคโบซอน (boson) เสียก่อน
วิชาฟิสิกส์กำหนดแรง 4 ชนิดที่ธรรมชาติตั้งอยู่ได้แก่ แรงความโน้มถ่วง (gravity) แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetism) แรงชนิดเข้ม (strong force) และ แรงชนิดอ่อน (weak force) แรงแต่ละชนิดก็มีอนุภาคต่าง ๆ เข้ามาเกี่ยวข้อง กล่าวคือ แรงความโน้มถ่วงซึ่งเป็นแรงดึงดูดกันระหว่างมวลทั้งหมดในจักรวาล ก็มีอนุภาคตามสมสุติฐานเรียกว่า แกรวิตอน (graviton) แรงแม่เหล็กไฟฟ้ามีอนุภาคโฟตอน (photon) แรงชนิดเข้มคือปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคโปรตอนและอนุภาคนิวตรอน ซึ่งเกาะกุมกันเป็นนิวเคลียสของอะตอม และมี อนุภาคกลูออน (gluon) 8 ชนิด เป็นสื่อกลางของแรงชนิดเข้มนี้ โดยกลูออนเป็นเสมือน กาว (glue) ที่คอยดึงองค์ประกอบต่าง ๆ ของนิวเคลียสของอะตอมเข้าไว้ด้วยกัน สำหรับแรงชนิดอ่อนก็เกิดจากการแลกเปลี่ยนของอนุภาคหนัก โบซอนชนิดดับเบิลยู (W boson) และ โบซอนชนิดแซด (Z boson) เรียกว่าเป็นอนุภาคพาหะ (carrier particle) ของแรงอย่างอ่อน และทำหน้าที่ส่งผ่าน (transmit) รังสี
          ปีเตอร์ ฮิกกส์ ได้พัฒนาแนวคิดที่ว่า แต่เดิมในตอนที่จักรวาลเพิ่งเริ่มก่อตัวขึ้นมานั้น อนุภาคทั้งหลายยังไม่มีมวล (massless) และในเสี้ยวของวินาทีต่อมา อนุภาคเหล่านั้นก็เกิดปฏิสัมพันธ์กับ “สนามฮิกกส์” (Higgs field) จึงได้รับมวลเข้ามา (gaining a mass) เรื่องนี้เดวิด เจ. มิลเลอร์ (David J. Miller) ได้อุปมาอุปไมยไว้ว่า อนุภาคไร้นำหนักทั้งหลาย ณ “เวลาศูนย์” (time zero) เปรียบได้กับ “นักเรียน” ที่นั่งประจำที่อยู่ในห้องเรียน แต่ละคนก็พูดคุยกับคนที่อยู่รอบ ๆ ตัวเอง จากนั้นก็มีอีกอนุภาคหนึ่งคือ “คุณครู” เดินเข้ามาในห้องและเริ่มแทรกตัวเข้ามา—นักเรียนที่อยู่ใกล้ ๆ ตัวครูทั้งหมด ก็เริ่มเกาะตัวเป็นกลุ่มและเกาะติดไปกับคุณครู นี่แหละที่คุณครูได้รับมวลเข้ามา เมื่อคุณครูเกิดมีมวล เขาก็มีโมเมนตัมด้วยเมื่อเขาเดินไปในห้อง (เพราะโมเมนตัมเท่ากับมวลคูณด้วยความเร็ว) นี่เรียกว่า กลไกฮิกกส์ (Higgs mechanism) ซึ่งอธิบายถึงการที่อนุภาคทั้งหลายซึ่งเดิมไม่มีมวล เกิดมีมวลขึ้นมาได้ในเวลาเศษเสี้ยวของวินาที หลังการเกิดขึ้นของจักรวาล—จากการที่มีอนุภาคหนึ่งเคลื่อนที่ผ่านเข้าไปสนาม ทำให้สนามเกิดบิดตัวเล็กน้อย โดยสนามบริเวณตรงนั้นเองเกิดการห่อตัวหุ้มรอบอนุภาคไว้ เป็นผลให้อนุภาคมีมวลเกิดขึ้นมา
ฮิกกส์เสนอทฤษฎีนี้มาตั้งแต่ปี 1964 คือ 48 มาแล้ว กว่าจะพิสูจน์ความถูกต้องได้ โดยการค้นพบอนุภาคฮิกกส์โบซอนว่ามีจริง เพิ่งประกาศได้เมื่อวันพุธที่ 4 กรกฎาคม 2012 นี้เอง สาเหตุก็คือ สหสัมพันธ์อันจุกจิกกวนใจสำหรับโลกฟิสิกส์สมัยใหม่ ระหว่างขนาดของสิ่งที่นักฟิสิกส์กำลังค้นหา กับค่าใช้จ่ายเพื่อหาสิ่งนั้นให้พบ กล่าวคือ อนุภาคที่ค้นหายิ่งเล็กเพียงใด ราคาของอุปกรณ์ที่ใช้ค้นหาก็ยิ่งสูง ในเมื่ออนุภาคฮิกกส์โบซอนเป็นอนุภาคชนิดมูลฐานซึ่งเล็กเอามาก ๆ เรียกว่าเป็นหนึ่งในบรรดาอนุภาคที่เล็กที่สุดที่อาจมีได้ ซึ่งอุปกรณ์เช่นว่านี้ก็คือ ตัวชนอนุภาคเฮดรอนขนาดใหญ่หรือแอลเอชซี (Large Hadron Collider: LHC) ซึ่งโตขนาดเมืองเล็ก ๆ หนึ่งเมือง มีคนทำงาน 3000 คน และมีอุโมงค์ขดเป็นวงแหวนอยู่ใต้ดิน โดยมีความยาว 26 กิโลเมตร และเพิ่งเปิดใช้เมื่อปี 2008 ซึ่งเป้าหมายหนึ่งก็เพื่อค้นหา “อนุภาคพระเจ้า” อันจะได้พิสูจน์ทฤษฎีของฮิกกส์ให้ได้ ซึ่งในที่สุด ด้วยแอลเอชซี เมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2011 มีการประกาศว่ามีแนวโน้มว่าจะค้นพบอนุภาคนี้ได้ และในที่สุด อีก 7 เดือนถัดมา อนุภาคฮิกกส์โบซอนก็ถูกประกาศการค้นพบแล้ว เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2012 ที่ผ่านมา

จากเรื่อง Peter Higgs: A Biography and Crash Course in Subatomic Particle Theory เว็บไซต์ eu:SCI (edinburgh university SCIENCE MAGAZINE) เขียนโดย Hannah Blacknell นักศึกษาวิชาเคมี

โพสต์เมื่อ : 13 กรกฎาคม 2555