วงการฟิสิกส์สะเทือน หลังพบอนุภาค “โบซอน W” มีมวลมากกว่าในแบบจำลองมาตรฐาน

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากศูนย์ตรวจสอบการชนอนุภาค (CDF) สังกัดห้องปฏิบัติการเครื่องเร่งอนุภาคแห่งชาติเฟอร์มี หรือที่รู้จักกันในชื่อว่าเฟอร์มีแล็บ (Fermilab) ของสหรัฐฯ ประกาศผลวิเคราะห์มวลของอนุภาค “โบซอนดับเบิลยู” (W Boson) ที่ตรวจสอบมานานนับสิบปี โดยพบว่ามีมวลเกินกว่าที่แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคได้ทำนายเอาไว้มาก

ผลการตรวจสอบดังกล่าวสร้างความฮือฮาในแวดวงวิทยาศาสตร์ทั่วโลก และส่งผลสะเทือนต่อองค์ความรู้ด้านฟิสิกส์อนุภาคเป็นอย่างยิ่ง เนื่องจากโบซอน W เป็นอนุภาคมูลฐานในทฤษฎีแบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) โดยเป็นอนุภาคของแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่ชนิดของแรงพื้นฐานในธรรมชาติ ทั้งยังมีบทบาทสำคัญต่อการแผ่กัมมันตรังสีของธาตุต่าง ๆ อีกด้วย

หากพบว่ามวลของโบซอน W ไม่เป็นไปตามที่แบบจำลองมาตรฐานทำนายไว้ เท่ากับว่านักฟิสิกส์ได้พบข้อบกพร่องในทฤษฎีดังกล่าวอีกครั้ง หลังจากที่ก่อนหน้านี้ได้พบว่า แบบจำลองมาตรฐานไม่สามารถอธิบายเรื่องความโน้มถ่วง สสารมืด และปฏิสสารที่ขาดหายไปจากเอกภพได้ ทำให้ต้องมีการค้นหาแนวคิดทฤษฎีใหม่ ๆ มาทดแทนแบบจำลองมาตรฐาน เพื่ออธิบายทุกสรรพสิ่งในจักรวาลอย่างครอบคลุมให้ได้

ศาสตราจารย์ อาศุโทช โกฐวัล หัวหน้าทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยดุ๊กของสหรัฐฯ บอกว่าการตรวจวัดมวลของโบซอน W ในครั้งนี้ มีความแม่นยำกว่าที่เคยทำครั้งแรกในปี 1983 อย่างมาก โดยใช้เครื่องเร่งและชนอนุภาค “เทวาตรอน” (Tevatron) ของเฟอร์มีแล็บ ทำการชนอนุภาคถึง 450 ล้านล้านครั้ง จนเกิดโบซอน W ถึง 4 ล้านอนุภาค

หลังจากนั้นทีมนักวิทยาศาสตร์กว่า 400 คน ช่วยกันวิเคราะห์หามวลที่แท้จริงของมัน โดยการวิเคราะห์นี้ใช้เวลานานนับสิบปี และดำเนินต่อเนื่องมาหลังจากปิดการใช้งานเทวาตรอนไปในปี 2011

ผลปรากฏว่ามวลของโบซอน W ที่วัดได้ล่าสุด อยู่ที่ 80.4335 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์ มากกว่าที่เคยวัดได้ตรงกับแบบจำลองมาตรฐาน ซึ่งอยู่ที่ 80.379 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์

แม้ความแตกต่างของมวลที่วัดได้จะดูเหมือนน้อยนิด แต่ในทางทฤษฎีแล้วถือว่าการวัดครั้งแรกคลาดเคลื่อนไปอย่างมาก เนื่องจากการวัดครั้งล่าสุดมีความแม่นยำที่ 0.01% หรือแม่นยำสูงขึ้นกว่าเดิมถึง 2 เท่า เสมือนกับชั่งน้ำหนักตัวของเราเองโดยมีความคลาดเคลื่อนในช่วงบวกลบไม่เกิน 10 กรัมเท่านั้น

ผลการตรวจวัดล่าสุดยังมีค่าความเบี่ยงเบนมาตรฐานหรือซิกมา (s) เท่ากับ 7 ซึ่งแสดงว่าห่างไกลจากผลตรวจวัดครั้งแรกโดยมีนัยสำคัญอย่างสูง ทั้งมีโอกาสจะผิดพลาดได้ต่ำมาก เพราะแค่ความน่าจะเป็นที่ค่า s จะเท่ากับ 5 ก็มีเพียง 1 ใน 3.5 ล้านเท่านั้น

การพบความคลาดเคลื่อนที่สูงในระดับนี้ทำให้ไม่อาจยอมรับ หรือปรับแก้ทฤษฎีแบบจำลองมาตรฐานเพียงเล็กน้อยต่อไปได้ ทั้งยังชี้ว่ามีอนุภาคมูลฐานสำคัญที่ยังค้นหาไม่พบอยู่อีก

อย่างไรก็ตามเพื่อยืนยันผลการตรวจสอบในครั้งนี้ อาจต้องมีการตรวจวัดเทียบเคียงในลักษณะอื่น ๆ อีกครั้ง เพื่อความแน่ใจและหาคำอธิบายถึงสาเหตุที่ทำให้โบซอน W มีมวลมากเกินกว่าที่ควรจะเป็นด้วย