براي يک بوزون هيگز ناقابل
علم انتها ندارد، شايد وقتي قرن ها پيش کشفي بزرگ به شمار مي آمد و امروز تبديل به چيزي پيش پا افتاده شده باشد، مثل افتادن سيب از روي درخت روي نيوتن.
آزمايش بزرگي در يک شهر مرزي سوئيس در حال انجام است که در حال حاضر عنوان بزرگ ترين آزمايش تاريخ را به خود اختصاص داده است، آزمايشي که تکليف بسياري از ندانسته هاي ما را روشن خواهد کرد، اما نمي دانيم اين آزمايش که در حال حاضر در نظر ما بسيار عظيم به نظر مي رسد درصد يا دويست سال ديگر به آن چگونه نگاه خواهند کرد.
« شتاب دهنده بزرگ ها دروني » يا به اختصار LHC از سال ها پيش ذهن بسياري از دانشمندان و فعالان رشته فيزيک در دنيا را به خود مشغول کرده، آزمايشي که شهريور سال پيش اولين مرحله خود را پشت سر گذاشته و کارهاي تکميلي آن تا سال 2010 ادامه خواهد داشت، پروژه اي که هزاران نفر از 80 کشور دنيا به صورت دائم و موقت بر روي آن کار مي کنند، تا چه بشود؟
جواب اين سؤال چندان ساده نيست و نياز به يک مقدمه دارد:
از قرن ها پيش تا قرن 19 ميلادي تصور مي شد که اتم کوچک ترين جزء يک ماده است و تجزيه هم نمي شود، اما در اوايل قرن 20 کشف شد که اتم از سه ذره کوچک تر يعني الکترون، پروتون و نوترون تشکيل شده است و براي سال ها دانشمندان تصور مي کردند که اين سه ذره ذرات بنيادين اتم هستند.
اما کشف جديدي همه ي نظريه هاي قبلي را باطل کرد، مثلاً پروتون خودش از سه ذره - يعني دو کوارک بالا و يک کوارک پايين - ساخته شده است.
اينطورهم که نمي شد، يعني يک دانشمند مي آمد و مي گفت اين ديگر آخرين جزء اتم است. بعد چند سال ديگر يک دانشمند ديگر مي آمد و پته ي همه ي قبلي ها را روي آب مي ريخت.
اين شد که نظريه اي براي توجيه ذرات بنيادين به اسم « مدل استاندارد » ارائه شد که عنوان مي کرد هر اتم از 60 ذره ي کوچک تشکيل شده که اينها ديگر واقعاً بنيادين هستند - يعني خودشان از ذرات کوچک تري ساخته نشده اند - هر چند بعدها باز هم کساني پيدا شدند که مي خواستند اذيت کنند و بنيادين بودن اين ذرات را هم زير سؤال ببرند و تئوري هايي مثل تئوري ريسمان را علم کردند، ولي همه فيزيکدانان نشستند و مدل استاندارد را با وجود نارسايي پذيرفتند و يک جورهايي بين بد و بدتر يکي را انتخاب کردند.
اين مدل مي گويد که ما دو دسته ذرات داريم؛ فرميون ها و بوزون ها؛ فرميون ها ذراتي هستند که با ماده سرو کار دارند ولي بوزون ها با انتقال نيرو در ارتباطند.
30 نوع فرميون و بوزون در طبيعت پيش بيني شده که 29 تاي آن قبلاً شناسايي شده و باقي مانده يک بوزون به اسم بوزون هيگز.
براي گير آوردن همين بوزون ناچيز و ناقابل است که کلي آدم در سوئيس و جاهاي ديگر درگير شده اند و نزديک به يک ميليارد دلار هزينه شده است تا بزرگ ترين آزمايش تاريخ- البته تا اينجا- انجام شود.
LHC چکار مي کند؟
براي کشف اين ذره ي بنيادين باقي مانده بشر بايد دردسرهاي زيادي را متحمل شود، چرا که اين برنامه در يک مسير مستقيم اجرا شدني نبود، به همين خاطر يک تونل دايره اي عظيم به طول 27 کيلومتردر 100 متري زمين ايجاد شد که 3 متر قطرداشت و در 4ناحيه ي آن چهار آشکارساز با نام هاي ALICE, LHCB, CMS, ATLAS قرار گرفته است.
دماي تونل را به صفر مطلق يعني 271- درجه مي رسانند و با استفاده از 1600 آهن رباي قوي يک ميدان مغناطيسي ايجاد مي کنند، آن وقت است که به پروتون ها سرعتي نزديک به نور مي دهند، آن وقت اين پروتون ناقابل در 90 ميليونيم ثانيه مسير تونل را طي مي کند، اين يعني اينکه اين پروتون مي تواند در يک ثانيه 11000 هزار بار مسير 27 کيلومتري تونل را طي کند.
از يک ورودي تونل دو پروتون در جهت مخالف وارد مي شوند، آهن رباها به اين پروتون ها شتاب مي دهند تا سرعتشان به سرعت نور برسد و همين مسئله انرژي زيادي توليد مي کند، بدون توليد گرما، برخورد اين دو پروتون در محل آشکار سازها باعث مي شود انرژي زيادي توليد شود و همين انرژي باعث توليد ذرات بسيار کوچک تري مي شود که دانشمندان اميدوارند بوزون هيگز را همين جا گير بياورند.
اين آزمايش ريزه کاري هايي هم دارد، مثلاً بايد در يک محيط وکيوم انجام شود چون در غير اين صورت مولکول ها و ذرات هوا هم در گير آزمايش مي شوند.
دانستنيهاي LHC
* 10 هزار نفر تيم کاري پروژه را تشکيل مي دهند.
* از اين تعداد 4000 فيزيکدان هستند ( البته آن هم فيزيکدان هاي نخبه و برگزيده دنيا)
* دانشمندان و مهندسان از 580 دانشگاه به نمايندگي از 80 کشور دنيا در اين آزمايش مشغول به کار هستند.
* تا قبل از اين سال، همکاري دانشمندان ايراني با پروژه LHC به صورت انفرادي بود ولي هم اکنون هفت دانشمند ايراني و 3 دانشجوي دوره دکترا در اين پروژه همکاري مي کنند.
* هر چند هزينه يک ميليون دلاري ايران براي اين پروژه ممکن است در مقابل مبلغ نهايي هزينه طرح چندان به چشم نيايد، اما اعزام دانشجو و دانشمند ما را وارد ليست کشورهاي دخيل در پروژه کرده است.
* همه ي کشورها قسمت هاي مختلف اين پروژه را متعهد شده اند. ايران علاوه بر اعزام دانشجو و محقق، متعهد به ساخت 2 قطعه هم شد که يکي ميزي بود که بايد وزن زيادي را تحمل مي کرد و در کارخانه هپکو ساخته شد و ديگري پوششي براي قسمتي از آشکار ساز بود که توسط تانک سازي دورود ساخته شد.
* ميزي که شرکت هپکو اراک ساخته در واقع ميز نگهدارنده آشکارساز HF است که بايد حدود 300 تن وزن را تحمل کند و اجزاي آن با فاصله ميليمتري از يکديگر باز و بسته مي شوند.
* هزينه ساخت اين ميز حدود 600 ميليون تومان بوده است که با هزينه کشورمان تحت نظارت محققان سرن ساخته شد.
* دانشمندان بزرگ از جمله 6 برنده جايزه نوبل در اين طرح همکاري دارند.
کاربردهاي ديگر LHC
آزمايش هاي ديگري هم در LHC قرار است انجام شود که مهم ترين آنها عبارتند از:
شبيه سازي مهبانگ: مهبانگ، انفجار بزرگ يا BIGBANG نام تئوري اي است که براي توجيه آغاز جهان از آن بهره مي برند. آزمايش هاي LHC پاسخ بسياري از سؤالات ما را درباره ي مهبانگ خواهد داد. مثلاً هنگام تولد جهان، ماده و پادماده به صورت مساوي به وجود آمده است، اما در حال حاضر مقدار ماده بسيار بيشتر است از مقدار پادماده؛ بر سر اين پادماده ي گم شده چه آمده است؟
تک قطبي هاي مغناطيسي:LHC قرار است درباره ي وجود موادي که با نام تک قطبي مغناطيسي ( MAGNETIC MONOPOLE ) ناميده مي شوند، تحقيق کند. تک قطبي هاي مغناطيسي ذراتي فرضي هستند که ديراک در کنار تئوري کوانتومي خود ارائه کرد و فيزيک نظري معتقد به وجود آن ها است اما هنوز توسط هيچ آزمايشي وجودشان به اثبات نرسيده است.
سياه چاله هاي کوچک: اين آزمايش قرار است بر روي سياه چاله هاي کوچکي ( MICROBLACKHOLE ) که فيزيک مدرن از آن ها سخن مي گويد تحقيق کند. بر اساس تئوري « تابش هاوکينگ » سياه چاله ها، اندک اندک و به مرور زمان جرم خود را از دست مي دهند تا اينکه به مرور از بين مي روند. اما اگر يک سياه چاله از اندازه هاي معمولي خود بسيار کوچک تر باشد آن وقت آن قدر زود از بين مي رود که اثرات آن براي ما قابل مشاهده نيست. در ضمن اگر تابش ها وکينگ درست باشد آن وقت سياه چاله هايي که در آغاز آفرينش به وجود آمده اند تا به امروز بايد به اندازه ي يک ميکرو سياه چاله در آمده باشند. در اين آزمايش قرار است بررسي شود که آيا واقعاً امکان تشکيل سياه چاله هايي در ابعاد بسيار کوچک وجود دارد؟ اگر پاسخ مثبت است خواص اين سياه چاله ها چيست؟ و واقعاً چه بلايي بر سر آنها مي آيد؟
LHC قرار است علاوه بر اين ها آزمايش هاي فراوان ديگري را هم درباره ي ابعاد اضافي جهان و امکان رؤيت آن ها، ذرات ابر متقارن، ماهيت ماده ي تاريک، علت ضعيف بودن نيروي گرانش نسبت به ساير نيروهاي بنيادين و بسياري موارد ديگر انجام دهد.
منبع:ماهنامه شاهد جوان شماره51
