เมื่อสามเหลี่ยมไม่ใช่สามเหลี่ยม? เชื่อหรือไม่ว่าปริศนาที่แปลกประหลาดนี้รวบรวมงานวิจัยล่าสุดมากมายในฟิสิกส์ของอนุภาค สามเหลี่ยมที่เป็นคำถามคือ “สามเหลี่ยมเอกภาพ” ซึ่งเป็นแผนภาพนามธรรมที่แสดงถึงอันตรกิริยาระหว่างควาร์กชนิดต่างๆ ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของนิวตรอนและโปรตอน สามเหลี่ยมยูนิทาริตีเป็นส่วนสำคัญของแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค
ให้เบาะแส
เกี่ยวกับความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างสสารและปฏิสสาร ช่วยเปิดเผยว่าเหตุใดเอกภพจึงไม่หายไปสู่ความว่างเปล่าทันทีหลังบิกแบง ตามสิทธิ์แล้ว สสารและปฏิสสารในบิกแบงควรถูกสร้างขึ้นในปริมาณที่เท่ากัน แต่จักรวาลที่เราเห็นทุกวันนี้ประกอบด้วยสสารทั้งหมด หมายความว่าต้องมีความแตกต่าง
บางอย่างระหว่างพฤติกรรมของอนุภาคและปฏิอนุภาคที่สอดคล้องกัน แบบจำลองมาตรฐานรวมเอาความแตกต่างดังกล่าวผ่านปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการละเมิดความเท่าเทียมกันของประจุไฟฟ้า (CP) ซึ่งเป็นความสมมาตรที่แตกสลายของธรรมชาติซึ่งถูกค้นพบโดยการทดลองในทศวรรษที่ 1960 ปรากฏการณ์นี้
เชื่อมโยงสามเหลี่ยมเอกภาพกับโลกแห่งความจริง เนื่องจากขอบเขตของการละเมิด CP และด้วยเหตุนี้ระดับของสสารและปฏิสสารจึงแตกต่างกันเป็นสัดส่วนกับพื้นที่ของสามเหลี่ยม อย่างไรก็ตาม จำนวนของการละเมิด CP ที่ทำนายโดยแบบจำลองมาตรฐานสามารถคิดเป็นประมาณหนึ่งในพันล้าน
ของความไม่สมดุลของสสาร-ปฏิสสารที่เราเห็นในเอกภพ อันที่จริง นี่เป็นเพียงหนึ่งในหลายๆ ปัญหาของ คนอื่นบอกว่ามันไม่ได้อธิบายแรงโน้มถ่วงหรือตัวตนของ “สสารมืด” ดังนั้น นักฟิสิกส์จึงเชื่อว่า แม้จะมีการคาดการณ์ที่ประสบความสำเร็จหลายครั้ง แบบจำลองมาตรฐานก็จะถูกล้มล้างโดยทฤษฎีทั่วไป
ในที่สุด วิธีหนึ่งในการทดสอบทฤษฎีดังกล่าวคือการวัดคุณสมบัติของสามเหลี่ยมยูนิทาริตี: ตามแบบจำลองมาตรฐาน มันจะเป็นสามเหลี่ยมที่สมบูรณ์แบบ แต่ถ้ามีอนุภาคใหม่ สามเหลี่ยมก็จะ “หัก” ตั้งแต่การค้นพบการละเมิด CP การทดลองต่างๆ ได้วัดผลกระทบต่ออนุภาคที่เรียกว่า ที่เป็นกลาง
แต่การวัด
ดังกล่าว ไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับคุณสมบัติของสามเหลี่ยมเอกภาพ อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยจากการทดลองทางฟิสิกส์ของอนุภาคขนาดใหญ่ที่เรียกว่า ในสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นตามลำดับ ได้ทำการวัดมุมและความยาวของด้านของสามเหลี่ยมเอกภาพอย่างแม่นยำโดยการศึกษาพฤติกรรม
ของอนุภาคต่างๆ ที่เรียกว่า บี-มีซอน ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นว่าไดอะแกรมใกล้เคียงกับรูปสามเหลี่ยมมาก แต่ก็ยังมีช่องว่างสำหรับความไม่แน่นอน และการปรับปรุงความรู้ของเราเกี่ยวกับสามเหลี่ยมเอกภาพด้วยการทดลองในอนาคตคือวิธีสำคัญที่จะทำให้ฟิสิกส์เหนือกว่าแบบจำลองมาตรฐานในที่สุด
ละเมิดความสมมาตร ในแบบจำลองมาตรฐาน สสารทั้งหมดประกอบด้วยควาร์กและเลปตอน ซึ่งแต่ละชนิดมีหกประเภทหรือ “รสชาติ” ที่แตกต่างกัน ทั้งรสชาติของควาร์กและเลปตันแบ่งออกเป็นสามชั่วอายุคนจากสองอนุภาค แต่ละอนุภาค: สำหรับควาร์กเหล่านี้มีทั้งขึ้นและลง เสน่ห์และแปลกประหลาด
และบนและล่าง; ในขณะที่แต่ละรุ่นเลปตอนประกอบด้วยเลปตอนที่มีประจุไฟฟ้า – อิเล็กตรอน มิวออน และเอกภาพ และนิวตริโนที่มีชื่อสอดคล้องกัน ควาร์กและเลปตันแต่ละตัวก็มีปฏิสสารคู่กัน อะตอมทั้งหมดถูกสร้างขึ้นจากอนุภาคในยุคแรก – ควาร์กขึ้นและลง (ซึ่งรวมกันเป็นโปรตอนและนิวตรอน)
และอิเล็กตรอน
หนึ่งในคำถามพื้นฐานในฟิสิกส์ของอนุภาคคือเหตุใดควรมีสองรุ่นเพิ่มเติมที่มีคุณสมบัติคล้ายกันแต่มีมวลมากกว่าเพียงสองรุ่น ในการทำให้ภาพของโลกใต้อะตอมซับซ้อนขึ้น รสชาติของควาร์กสามารถเปลี่ยนแปลงได้อันเป็นผลมาจากอันตรกิริยาที่อ่อนแอ ตัวอย่างเช่น การสลายตัว
ของนิวเคลียส เบต้า ซึ่งนิวตรอนสลายตัวเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และอิเล็กตรอนแอนตินิวตริโน เป็นผลมาจากดาวน์ควาร์กในนิวตรอนเปลี่ยนเป็นอัพควาร์กโดยการปลดปล่อย ซึ่งเป็นหนึ่งใน อนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ เนื่องจาก มีประจุ ±1 (ในหน่วยของประจุของอิเล็กตรอน) การแปลงดังกล่าว
สามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะระหว่างควาร์ก ซึ่งมีประจุ +2/3 และ “ ควาร์กประเภทดาวน์” (ดาวน์ สเตรนจ์ บอต) ซึ่งมีประจุเป็น –⅓ ความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลงรสชาติของควาร์กทั้งเก้าที่เป็นไปได้นั้นอธิบายโดยใช้เมทริกซ์ 3×3 ที่เรียกว่าเมทริกซ์การผสม แถวของเมทริกซ์สอดคล้องกับควาร์กชนิดอัพ
แถวของควาร์กชนิดดาวน์ และตารางของแต่ละองค์ประกอบของเมทริกซ์ให้ความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลงรสชาตินั้นเกิดขึ้น ( ในขณะเดียวกัน อันตรกิริยาที่อ่อนแอของแอนตี้ควาร์กจะถูกควบคุมโดยคอนจูเกตเชิงซ้อนของเมทริกซ์ CKM ซึ่งเป็นเมทริกซ์ที่เกิดขึ้นจากการทำให้ส่วนจริง
ของแต่ละองค์ประกอบเหมือนกันแต่กลับด้านเครื่องหมายของส่วนจินตภาพ ดังนั้น หากเมทริกซ์ ไม่มีองค์ประกอบในจินตภาพ ควาร์กและแอนติควาร์กก็จะมีอันตรกิริยาที่อ่อนแอเหมือนกันทุกประการ อย่างไรก็ตาม การทดลองแสดงให้เห็นว่าไม่เป็นเช่นนั้นเนื่องจากการละเมิด ตัวอักษร
แสดงถึงการดำเนินการสมมาตร: C สำหรับการผันประจุ หมายถึงการแลกเปลี่ยนทุกอนุภาคในระบบด้วยปฏิปักษ์ของมัน และ P สำหรับความเท่าเทียมกันหมายถึงการย้อนกลับพิกัดเชิงพื้นที่ทั้งสาม จนกระทั่งทศวรรษ 1960 นักฟิสิกส์คิดว่าหากดำเนินการทั้ง ในระบบพร้อมกัน ระบบใหม่จะทำงาน
ในลักษณะเดียวกับระบบเดิมทุกประการ อย่างไรก็ตาม ในปี พ.ศ. 2507 จิม โครนินและวาล ฟิทช์ที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันสังเกตว่าการสลายตัวของอนุภาคที่เรียกว่าคาออนที่เป็นกลางที่มีอายุยืนยาว ซึ่งประกอบด้วยดาวน์ควาร์กและแอนติควาร์กที่ไม่เป็นไปตามสมมาตรของซีพี การค้นพบนี้ทำให้โครนินและฟิทช์ได้รับรางวัลโนเบลอย่างน่าตกใจ ในช่วงเวลาแห่งการค้นพบของโครนินและฟิทช์
