อนุภาคสุดขอบจักรวาล (The Particle at the End of the Universe): เมื่อการตามล่าฮิกส์โบซอนนำเราไปพบประต
หนังสือชุด World Science Series
อนุภาคสุดขอบจักรวาล: เมื่อการตามล่าฮิกส์โบซอนนำเราไปพบประตูสู่โลกใหม่
แปลจาก The Particle at the End of the Universe: How the Hunt for the Higgs Boson Leads Us to the Edge of a New World (2012)
เขียนโดย Sean Michael Carroll แปลโดย ดร.เธียรสิน เลี่ยมสุวรรณ สำนักพิมพ์มติชน พิมพ์ครั้งแรก มิถุนายน 2558 จำนวน 328 หน้า ปกอ่อน ISBN: 9789740214076
คำนำสำนักพิมพ์
นับตั้งแต่ทดสอบการเดินเครื่องเป็นครั้งแรกในปี 2008 ทั้งโลกต่างให้ความสนใจกับฮิกส์โบซอนหรือที่นิยมเรียกกันติดปากในหมู่คนทั่วๆ ไปว่าอนุภาคพระเจ้า และเมื่อปี 2012 เซิร์นออกมาประกาศว่าพบอนุภาคนี้แล้ว และเพิ่งเดินเครื่องรอบใหม่ไปเมื่อวันที่ 5 เมษายน 2015 เพื่อปรับปรุงและเพิ่มประสิทธิภาพ ครั้งนี้หวังที่จะตามหาสสารมืด อนุภาคแบบใหม่ๆ และองค์ประกอบพื้นฐานของเอกภพอื่นๆ ต่อไป แต่...ตกลงแล้วฮิกส์ที่ว่านี้คืออะไร? หาเจอแล้วจะเกิดอะไรขึ้น? เราเข้าใกล้พระเจ้ามากขึ้นอย่างนั้นหรือ? ในเมื่ออนุภาคมูลฐานที่ว่าสังเกตด้วยตาก็ไม่ได้ แถมยังสลายตัวในเสี้ยวพริบตา แล้วจะเอามาใช้งานอะไรได้? คำถามเหล่านี้น่าจะยังค้างคาใจของสาธารณชนจำนวนมาก ทำไมเซิร์นจะทุ่มเงินนับพันๆ ล้านไปกับมัน คนทั่วไปจำนวนมากอาจจะยังไม่ทราบข่าวการค้นพบอนุภาคฮิกส์เสียด้วยซ้ำ
แม้การค้นพบฮิกส์โบซอนจะยังไม่มีประโยชน์ใช้สอยอย่างเป็นรูปธรรมชัดเจนในปัจจุบัน ก็ไม่ได้หมายความว่าเงินนับพันล้านโดนผลาญเพื่อสนองความสงสัยของเหล่านักวิชาการหอคอยงาช้าง เพราะความเข้าใจพื้นฐานในธรรมชาติและจักรวาลของเรายังคงเป็นพื้นฐานสำคัญของการพัฒนาความรู้อื่นๆ ในอนาคต เรื่องนี้ไม่ต่างจากกรณีโคเปอร์นิคัสค้นคว้าการโคจรของดาวบนฟ้า แล้วชี้ว่าดวงอาทิตย์ต่างหากที่เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะ ไม่ใช่โลกตามความเชื่อดั้งเดิม ซึ่งต่อมาได้รับการพิสูจน์โดยกาลิเลโอในอีกหลายสิบปีให้หลัง กระทั่งนำพาเขาเข้าสู่วังวนความขัดแย้งระหว่างวิทยาศาสตร์กับความเชื่อทางศาสนา ลงเอยด้วยการโดนสอบสวนและคุมขังในบ้านพักตลอดชีวิต
แน่นอนว่าในสายตาคนทั่วไป การเอาชีวิตเข้าแลกกับการปกป้องและพิสูจน์เรื่องวงโคจรของวัตถุในอวกาศนั้นคงไม่ค่อยคุ้มค่าเท่าไหร่ และยิ่งในสมัยของกาลิเลโอด้วยแล้ว คงไม่มีใครนึกออกว่ามันจะมีประโยชน์อะไรต่อคนเดินดินธรรมดา แต่ความรู้ที่นำมาประยุกต์ใช้ไม่ได้ในตอนนั้นกลายเป็นรากฐานสำคัญของการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในวันนี้ นี่ยังไม่นับสิ่งประดิษฐ์อีกหลายชิ้นที่กาลิเลโอคิดค้นขึ้นเพียงเพราะจำเป็นต้องใช้ในการทดลอง
ถึงฮิกส์โบซอนจะยังไม่สามารถนำมาใช้ประโยชน์เป็นรูปธรรมได้ในปัจจุบัน การค้นพบครั้งนี้ก็ถือเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญไม่แพ้กรณีของกาลิเลโอ เพราะฮิกส์โบซอนเป็นกุญแจสุดท้ายในการเติมเต็มแบบจำลองพื้นฐานที่เป็นโครงสร้างสำคัญและประตูสู่การทำความเข้าใจกลไกอื่นๆ ของจักรวาลของเรา ความสำคัญของการตามหาฮิกส์โบซอนไม่ใช่เพราะเล็งเห็นประโยชน์ใช้สอย แต่เป็นความร่วมมือครั้งยิ่งใหญ่ของเหล่านักวิทยาศาสตร์และผู้เกี่ยวข้องจากวงการอื่นๆ ที่ช่วยกันเติมเต็มความใฝ่ฝันอันเป็นธรรมชาติของมนุษย์เพื่อเข้าใจและชื่นชมยินดีกับความงดงามของสรรพสิ่งรอบข้างเราอย่างแท้จริง
คำนำผู้แปล
อนุภาคสุดขอบจักรวาลโดยฌอน แคร์โรลล์ (Sean Michael Carroll: 1966-) เป็นหนังสือที่บอกเล่าเรื่องราวการค้นหาอนุภาคฮิกส์หรืออนุภาคพระเจ้า หนึ่งในงานที่ท้าทายที่สุดของฟิสิกส์อนุภาคในศตวรรษที่ 21 ฮิกส์เป็นจิ๊กซอว์ชิ้นสุดท้ายของแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค แบบจำลองที่อธิบายการมีอยู่ของอนุภาคมูลฐานซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของสรรพสิ่งต่างๆ ในจักรวาล อนุภาคชนิดอื่นๆ ของแบบจำลองมาตรฐานถูกค้นพบไปหมดแล้วตั้งแต่ปี 1995 แต่การค้นพบอนุภาคฮิกส์เพิ่งได้รับการประกาศเป็นครั้งแรกเมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2012 ที่ห้องปฏิบัติการเซิร์น (CERN) ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ สถานที่ตั้งของเครื่องเร่งอนุภาคขนาดยักษ์ชื่อแอลเอชซี (LHC)
แม้อนุภาคฮิกส์จะมีความสำคัญในฐานะที่เป็นชิ้นส่วนสุดท้ายของแบบจำลองมาตรฐาน แต่สนามฮิกส์ซึ่งเป็นต้นกำเนิดของอนุภาคฮิกส์นั้นพิเศษยิ่งกว่า สนามฮิกส์มีอิทธิพลต่อคุณสมบัติของอนุภาคมูลฐานชนิดอื่นๆ และจักรวาลของเรา มันทำให้อิเล็กตรอนและควาร์กมีมวล ถ้าไม่มีสนามฮิกส์แล้วอนุภาคเหล่านี้คงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงและจักรวาลคงดูแปลกออกไปมาก กลไกที่สนามฮิกส์ทำให้อนุภาคมูลฐานมีมวลเรียกว่าการทำลายสมมาตร เพราะอิทธิพลของสนามชนิดนี้ทำให้คู่ของอนุภาคมูลฐานที่น่าจะมีคุณสมบัติเหมือนกันทุกประการ (หรือมีสมมาตร) กลายเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าและมวลต่างกัน การค้นพบอนุภาคฮิกส์ซึ่งเป็นหลักฐานสำหรับการมีอยู่ของสนามฮิกส์จึงเป็นการไขความลับสำคัญข้อหนึ่งของธรรมชาติ
การหาอนุภาคฮิกส์เองก็มีความเฉพาะตัว ทฤษฎีแรกๆ ที่ชี้ให้เห็นการมีอยู่ของฮิกส์ถูกนำเสนอขึ้นในช่วงทศวรรษ 1960 ตลอดระยะเวลาหลายสิบปีที่ผ่านมามีผู้คนนับหมื่นจากทั่วทุกมุมโลกเข้าไปเกี่ยวข้องกับการตามหาฮิกส์ งบประมาณสำหรับแอลเอชซีเพียงโครงการเดียวถูกประเมินไว้ที่ประมาณเก้าพันล้านดอลลาร์ อีกทั้งเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซีและสถานีตรวจวัดอนุภาคของแอลเอชซีก็ถือเป็นสิ่งประดิษฐ์ขนาดมหึมาที่ใช้เทคโนโลยีล้ำหน้าที่สุดเท่าที่พัฒนาขึ้นมาได้ในขณะนั้น ไม่น่าแปลกใจเลยที่การตามหาฮิกส์จะได้รับความสนใจจากผู้คนและสื่อสาธารณะทั่วโลก
หนังสือเล่มนี้จะพาผู้อ่านไปสำรวจการเดินทางที่นำไปสู่การค้นพบอนุภาคฮิกส์ผ่านการเรียบเรียงของ ดร.ฌอน แคร์โรลล์ นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่สามารถถ่ายทอดเนื้อหาให้ผู้อ่านทั่วไปเข้าใจได้โดยง่ายแต่ยังคงไว้ซึ่งความถูกต้อง รายละเอียดเชิงฟิสิกส์ส่วนหนึ่งถูกรวบรวมไว้ในภาคผนวกสำหรับผู้ที่ต้องการทำความเข้าใจฟิสิกส์อนุภาคให้ลึกกว่าในเนื้อหาหลัก นอกจากนี้ผู้เขียนจะแนะนำให้เราได้รู้จักกับฟิสิกส์นอกเหนือแบบจำลองมาตรฐาน และชี้ให้เห็นว่าการค้นพบฮิกส์อาจเป็นประตูไปสู่แบบจำลองอื่นๆ เช่น สสารมืด สมมาตรยิ่งยวด มิติพิเศษ ฯลฯ ตลอดทั้งเล่มผู้อ่านยังจะได้รับรู้ถึงความพยายามแสนอุตสาหะของบรรดาผู้เกี่ยวข้อง ความคาดหวังและแรงกดดันต่อการค้นหาอนุภาคชนิดนี้ รวมไปถึงบทบาทของหลายบุคคลสำคัญที่ช่วยให้ฮิกส์กลายเป็นอนุภาคที่น่าค้นหาที่สุดแห่งยุคและผลักดันภารกิจนี้จนประสบความสำเร็จ เหนือสิ่งอื่นใด ผู้อ่านจะพบกับคำตอบสำหรับคำถามที่เข้ามากวนใจอย่าง ทำไมเราต้องสนใจอนุภาคนี้? ทำไมเราต้องใช้เงินและคนจำนวนมหาศาลในการตามหาอนุภาคเล็กๆ ที่ดูไม่มีความสำคัญในชีวิตประจำวัน? ก้าวต่อไปหลังการค้นพบฮิกส์คืออะไร? ฯลฯ
ในขณะที่แปลหนังสือเล่มนี้แล้วเสร็จ แอลเอชซีได้เริ่มเดินเครื่องอีกครั้งเมื่อวันที่ 5 เมษายน 2015 หลังจากหยุดเดินเครื่องเป็นเวลา 2 ปีเพื่อซ่อมบำรุงและปรับปรุงชิ้นส่วนต่างๆ ให้เหมาะสมกับพลังงานที่สูงขึ้น การเริ่มเดินเครื่องครั้งใหม่ด้วยพลังงานที่สูงขึ้นนี้อาจทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาคุณสมบัติอื่นๆ ของฮิกส์ที่ยังไม่เป็นที่รู้จัก หรือแม้แต่ค้นพบฮิกส์ชนิดใหม่ๆ หรืออนุภาคอื่นๆ ที่อยู่นอกเหนือแบบจำลองมาตรฐาน หวังว่าหนังสือเล่มนี้จะเป็นจุดเริ่มต้นที่ดีสำหรับผู้อ่านที่สนใจเรื่องราวเหล่านี้
[con·tin·ue]
บทนำ (Prologue)
บทที่ 1 เหตุผล (The Point)
เมื่อเราตั้งคำถามว่าทำไมกลุ่มคนที่มีความสามารถและมุ่งมั่นจึงยอมอุทิศชีวิตของตนเพื่อตามหาสิ่งที่เล็กจนเกินจะมองเห็น
บทที่ 2 ใกล้เคียงความเป็นพระเจ้า (Next to Godliness)
เมื่อเราสำรวจว่าเหตุใดฮิกส์โบซอนจึงไม่เกี่ยวข้องอะไรกับพระเจ้า แต่ก็ยังมีความสำคัญอยู่ไม่น้อย
บทที่ 3 อะตอมและอนุภาค (Atoms and Particles)
เมื่อเราฉีกสสารออกเป็นเสี่ยงๆ เพื่อเปิดเผยองค์ประกอบพื้นฐานอย่างควาร์กและเลปตอน
บทที่ 4 เรื่องราวของเครื่องเร่งอนุภาค (The Accelerator Story)
เมื่อเราติดตามประวัติศาสตร์ของการชนอนุภาคด้วยพลังงานที่สูงขึ้น
บทที่ 5 เครื่องเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา (The Largest Machine Ever Built)
เมื่อเราเยี่ยมชมแอลเอชซี ชัยชนะของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่ตามหาฮิกส์โบซอน
บทที่ 6 ความเข้าใจที่มาจากการชน (Wisdom Through Smashing)
เมื่อเราเรียนรู้วิธีการค้นพบอนุภาคชนิดใหม่จากการชนกันของอนุภาคชนิดอื่นๆ ด้วยความเร็วมหาศาล และสังเกตว่ามีอะไรเกิดขึ้น
บทที่ 7 อนุภาคในคลื่น (Particles in the Waves)
เมื่อเราเสนอว่าทุกอย่างในจักรวาลเกิดจากสนามซึ่งเป็นสนามของแรงที่ทั้งผลักและดูด และสนามของสสารที่การสั่นของมันคืออนุภาค
บทที่ 8 ด้วยกระจกที่แตกสลาย (Through a Broken Mirror)
เมื่อเราสำรวจฮิกส์และสนามที่ทำให้เกิดฮิกส์อย่างพินิจพิเคราะห์ และพิสูจน์ว่าฮิกส์ทำลายสมมาตรและมอบคุณลักษณะพิเศษแก่จักรวาลได้อย่างไร
บทที่ 9 เรียกเสียงปรบมือจากผู้ชม (Bringing Down the House)
เมื่อเราคิดออกว่าจะค้นหาฮิกส์โบซอนอย่างไร และรู้ได้อย่างไรว่าเราเจอมันแล้ว
บทที่ 10 กระจายข่าว (Spreading the Word)
เมื่อเราเผยให้เห็นกระบวนการที่ทำให้ได้ผลการทดลอง และทำให้การค้นพบถูกสื่อสารออกไป
บทที่ 11 โนเบลดรีมส์ (Nobel Dreams)
เมื่อเราเชื่อมโยงเรื่องเล่าที่มีมนตร์เสน่ห์เกี่ยวกับการคิดค้นกลไกฮิกส์ และคิดถึงวิธีที่ประวัติศาสตร์จะจดจำมันไว้
บทที่ 12 เลยเส้นขอบฟ้านี้ไป (Beyond This Horizon)
เมื่อเราพิจารณาว่ายังมีอะไรนอกเหนือไปจากฮิกส์โบซอน กลุ่มแรงชนิดใหม่ สมมาตร และมิติ?
บทที่ 13 ทำให้มันควรค่าแก่การได้รับการปกป้อง (Making It Worth Defending)
เมื่อเราถามตัวเองว่าทำไมฟิสิกส์อนุภาคจึงควรค่าแก่การศึกษาและสงสัยว่าอะไรจะตามมาหลังจากนี้
บทส่งท้าย (Epilogue)
ภาคผนวก 1 มวลและสปิน (Mass and Spin)
ภาคผนวก 2 อนุภาคของแบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model Particles)
ภาคผนวก 3 อนุภาคและอันตรกิริยาของพวกมัน (Particles and Their Interactions)
"Reading make a full man, conference a ready man, and writing an exact man. การอ่านทำให้เป็นคนที่สมบูรณ์ การเสวนาทำให้เป็นคนที่พร้อม และการเขียนทำให้เป็นคนที่เที่ยงตรง" - Francis Bacon (1561-1626)
Reading & Working: ยิ่งอ่านก็ยิ่งรู้! ยิ่งทำงานก็ยิ่งเก่ง! หนังสือแปลคัดสรรบนชั้นหนังสือส่วนตัว Beautiful Quietness: เงียบแต่ไม่เหงา! ดินแดนแห่งการอ่านและพื้นที่ทางความคิด โลกของนักอ่านและพรมแดนแห่งความรู้ การอ่านสะท้อนความคิด ความคิดสะท้อนตัวตน ตัวตนสะท้อนจิตวิญญาณ Changing Lives, One Book at a Time ห้องสมุดมีชีวิต ...ชีวิตดีๆ ทีละเล่ม อ่านเถิดชาวไทย! การอ่านคือรากฐานที่สำคัญ [อากาศ อาหาร การอ่าน] If you don't like to read, you haven't found the right book. Readers of the World. pruetsara.wixsite.com