بوزون هیگز | ذره خدا
از پنداشت تا پیدایش
چرا انسان به این فکر می افتد که در بخشهای مختلف کیهان چه میگذرد؟ یا اینکه میلیاردها سال پیش زمین چگونه بوده است؟ چرا زمان و انرژی خود را صرف مطالعه درباره ویژگی های دورترین ستاره شناخته شده میکند؟ اینها که هیچکدام تاثیری بر زندگی روزمرهی ما نمیگذارند، پس چرا برای ما جالب هستند؟
حقیقت این است که کنجکاوی را نمیتوان کنترل کرد. تمایل به دانستن و کشف کردن، از ویژگی های ذاتی بشر است. می توان گفت همین پرسش هایی که در ظاهر اهمیت کمتری برای بقای بشر دارند، همان چیزهایی هستند که ما را از بقیه موجودات متمایز میکنند.
ذرات کوچک، انفجار بزرگ | پیش درآمدی بر فیزیک ذرات
از گذشته تا کنون برخی انسان ها عمر خود را صرف این می کردند که کشف کنند جهان چگونه آغاز شده و چگونه به پایان میرسد. البته اگر پایانی وجود داشته باشد! روند کار هم همواره به یک صورت بوده است؛ به این شکل که یک یا چند نظریه مطرح شده و اگر آن نظریه با رفتاری که جهان از خود نشان میدهد، مطابقت داشت، پابرجا میماند؛ در غیر این صورت، اگر رفتار متناقضی به چشم میخورد، نظریه ای بهتر از راه میرسید. به طور کلی میتوان گفت یک نظریه قابل قبول است، مگر آنکه خلافش ثابت شود.
یکی از معروفترین نظریههایی که تا کنون پابرجا مانده، نظریه مه بانگ (big bang theory) است، که برای اولین بار در سال 1927 توسط Georges Lemaître، کیهان شناس و کشیش بلژیکی مطرح شد. این مدل کیهان شناسی، طیف گسترده ای از پدیدههای جهان را توضیح میدهد و ارتباط تنگاتنگی با مفهموم “ذره” دارد.
در حقیقت ما ذرات را مطالعه میکنیم، چون بعد از انفجار بزرگ، تنها چیزی که وجود داشته، ذرات بودهاند. این ذرات هستند که اطلاعاتی را دربارهی اینکه جهان چگونه شکل گرفته از ازل تا کنون، به همراه داشتهاند.
اجداد اتمی | کشف الکترون، پروتون و نوترون
نگاه مختصری به تاریخچهی کشف ذرات زیر اتمی بیندازیم. پس از کشف اتم در سال 1911، مشخص شد که همهی مواد شناخته شده، از اتمها ساخته شدهاند. در ادامه با مطالعهی دقیقتر ساختار اتم، معلوم شد که اتم ها از ذرهای بنیادی به نام الکترون و دو ذرهی غیر بنیادی به نام های پروتون و نوترون تشکیل شدهاند. (البته کشف الکترون سالها قبل از کشف هستهی اتم صورت گرفت). به بیان ساده، منظور از “ذرهی بنیادی” در فیزیک ذرات، ذرهای است که از ذرات دیگر تشکیل نشده باشد.
خانواده های بنیادی | کشف ذرات دیگر
در دههی 30 میلادی، ذرات دیگری کشف شدند و تا سال 1960 صدها ذرهی جدید کشف شده بود و هر چند وقت یکبار، اعلام کشف یک ذرهی جدید صورت میگرفت. همه چیز به هم ریخته بود! تا اینکه جمعی از نظریه پردازان، پی بردند شباهتی بین تمامی ذرات وجود دارد. آن ها دریافتند که اکثر ذرات شناخته شده مانند پروتون و نوترون، از سه جزء بنیادی مشابه تشکیل شدهاند، که امروزه به آنها ” کوارک” میگوییم.
کوارک ها ذرات بنیادیای هستند که با یکدیگر ترکیب میشوند و ذرات دیگری را به وجود میآورند. علاوه بر کوارک ها، ذرات بنیادی دیگری هم وجود دارند که همگی طبق الگویی مانند پازل کنار همدیگر قرار گرفتهاند. این پازل در علم فیزیک “مدل استاندارد” نامیده میشود. این مدل، 17 ذره بنیادی و نحوهی برهم کنش آنها با یکدیگر را به خوبی بیان میکند.
تکهی گمشدهی پازل | کشف بوزون هیگز
پس از گذشت زمان، به مرور این نظریه کاملتر شد و ذرات مذکور در مدل استاندارد به مرور کشف شدند، به جز یکی:
“هیگز”
هیگز نقش خاص و متفاوتی با تمام ذرات دیگر دارد. در حقیقت این هیگز است که ذرات مدل استاندارد را به هم مرتبط میکند. بدون هیگز، دیگر ذرهای وجود ندارد.
در سال 1964، دو فیزیکدان نظری به نام های پیتر هیگز و فرانسوا انگلرت اعلام کردند که منشاء جرم ذرات بنیادی (یا به نوعی جرم هر چیزی که جرم دارد)، برهم کنش ذرات با یک نوع میدان است که همهی جهان را فرا گرفته. این میدان را “میدان هیگز” مینامند.
اندازه گیری جرم بوزون هیگز
اما تا اینجای کار، این فقط یک نظریه بود و هنوز کسی موفق به کشف این ذره نشده بود. تا اینکه بزرگترین شتاب دهندهی ذرات در جهان ساخته شد. این شتاب دهنده در موسسه اروپایی تحقیقات هستهای(CERN) در کشور سوئیس بنا شده است. این ماشین عظیم که به آن LHC یا همان برخورد دهندهی بزرگ هادرونی می گویند، با کمک بیش از 10000 دانشمند در طی 20 سال ساخته شد.
در نهایت، 48 سال پس از اعلام نظریه هیگز، در ماه جولای سال 2012 میلادی، دانشمندان سرن(CERN) توانستند این ذره را کشف و جرم آن را اندازهگیری کنند. پیتر هیگز و فرانسوا انگلرت، در سال 2013 موفق به دریافت جایزهی نوبل شدند.
هدف از ساخت LHC، فقط کشف ذره ی بنیادی هیگز نبود. هرچند طراحی این ماشین به گونهای بود که بتوان به وسیلهی آن، این ذره را کشف کرد و جرم آن را اندازهگیری کرد؛ اما نظریه پردازان امیدوار بودند که این ماشین بتواند به سوال های آینده آنها پاسخ دهد و نظریه های آن ها را رد یا اثبات کند.
نظریه چندجهانی
یکی از مهمترین نظریه هایی که آن زمان مطرح بود، نظریهی چندجهانی(Multiverse) بود. به صورت خلاصه، چند جهانی میگوید که ما نه تنها در کیهان تنها نیستیم، بلکه احتمالا جزء بسیار کوچکی از یک کل بزرگتر هستیم و اجزاء دیگر این کل (جهان های دیگر)، قوانین فیزیکی مخصوص خودشان را دارند. این نظریه در حقیقت یکی از عجیب ترین نتایج نظریه ی ریسمان (String Theory) است.
هرچند، نظریه ریسمان تا کنون توسط آزمایش عملی ثابت نشده است. به همین دلیل، برخی این نظریه را خیالی تصور می کنند. البته اینطور هم نیست که به هیچ طریقی نتوان آن را آزمایش کرد. فرضیه هایی که قابل آزمایش نیستند، از پایه قابلیت آزمون را ندارند.
رادیوی پرنده
برای مثال فرض کنید که رادیویی در خانه روشن است و صدای پرندهای از آن پخش میشود. فردی از بیرون، این صدا را میشنود و وارد خانه میشود. اما به محض وارد شدن فرد، رادیو خاموش میشود و دیگر صدایی وجود ندارد. حال اگر من ادعا کنم که این صدا صدای یک پرندهی واقعی بوده است که از پنجره بیرون رفته، کسی نمیتواند با آن مخالفت کند. و همچنین کسی هم نمیتواند آن را تایید کند؛ زیرا این ادعا از پایه قابل آزمایش نیست.
اما قضیهی امکان آزمودن نظریه ریسمان آنقدر هم ناامید کننده نیست. ولی باید این موضوع را پذیرفت که امکانات لازم برای انجام چنین آزمایشی بسیار پیچیدهتر از آن است که فکر میکنیم.
برای اثبات این نظریه، نیاز به یک شتاب دهنده داریم که انرژی آن تقریبا 100 میلیارد برابر انرژی ای که در LHC جریان دارد باشد؛ و ساخت چنین ماشینی با فناوری های امروزهی بشر، دور از ذهن است.
آنچه که در سال 2012 میلادی در سرن مورد آزمایش قرار گرفت، قدم بزرگی بود برای انجام آزمایش های بیشتر و دقیقتر. گفته شده بود که اگر جرم هیگز، به 140 گیگاالکترون برسد، میتوان به اثبات نظریهی چندجهانی امیدوار بود. (هر الکترون ولت معادل 1.783e-36 کیلوگرم است)
نظریه ابَرتقارن
در نقطهی مقابل نظریهی چندجهانی، نظریهی ابرتقارن (Supersymmetry) قرار داشت؛ بسط مدل استاندارد در فیزیک ذرات. این نظریه میتواند بسیاری از مسائل فیزیک امروزه را توضیح دهد. ابرتقارن (به آن سوزی هم میگویند)، پیش بینی میکند که برای هر ذره در مدل استاندارد، یک ذرهی شریک وجود دارد. مثلا الکترون و سلکترون؛ یا کوارک و سکوارک! (درواقع همان اسم ذره است که یک S به ابتدای آن اضافه شده). نظریه پردازان قبل از انجام آزمایش کشف ذره هیگز در LHC، معتقد بودند که اگر جرم هیگز به 115 گیگا الکترونولت برسد، این نظریه قابل قبول است.(در مقابل 140 گیگاالکترون ولت در نظریه چندجهانی)
خالق یا نابودگر؟
اکنون پرسش اصلی است که درنهایت جرم هیگز چقدر بود و با توجه به آن، کدام یک از این دو نظریه گفته شده قابل قبول هستند؟
نتایج شگفت انگیز بود. جرمی که برای هیگز در سال 2012 میلادی در سرن اعلام شد، 125 گیگا الکترونولت بود که بسیار جالب توجه است. جرم هیگز در نهایت از جرم پیشبینی شده برای اثبات نظریه چندجهانی(140Gev) کمتر و از جرم درنظر گرفته شده برای نظریه ابرتقارن(115Gev) بیشتر بود .
با این حساب هیگز نه کاملا مربوط به ابرتقارن است و نه جهان های چندگانه؛ بلکه درست در جایی میان آن دو قرار دارد و این به اندازهی کافی گیج کننده است. چرا که هیچکدام از نظریه های داده شده را نه رد میکند و نه تایید.
ممکن است در آینده ذرات جدیدی کشف شوند و نشان دهند که هیچکدام از این ها واقعیت نداشته است. در حقیقت تا زمانی که هیگز با جزئیات بیشتری مطالعه نشود(که لازمهی آن ماشینی بسیار پیشرفتهتر از برخورد دهندهی بزرگ هادرونی است) نمیتوان با اطمینان سخن گفت.
فیزیکدان David E. Kaplan در بخشی از صحبت های خود میگوید: “نظریه ی ابرتقارن میتواند همچنان درست باشد، اما این بار نسخهی عجیبتری از آن به دست میرسد؛ و اگر نظریه چندجهانی وجود داشته باشد، به هرحال وجود یک جهان دیگر در نوع خودش بسیار جالب است. هیگز با جرم 125Gev درست در نقطهی بحرانی جهان قرار دارد. هیگز همه چیز را در کنار هم قرار داده و اگر نباشد، ذرات دیگر هم نیستند. خیلی جالب است که هیگز در مرکز مدل استاندارد قرار گرفته و همان چیزیست که همه در پی آنند، یا اینکه میتواند چیزی باشد که همه چیز را از بین ببرد؛
هم خالق هم نابودگر ” ….
نویسنده: هستی شیری
مطالب زیر را حتما مطالعه کنید
نچسبیدن لایه اول به صفحه ساخت پرینتر سه بعدی + راه حل
پرینت سه بعدی؛ آینده ساخت و تولید
نمای کلی مأموریت 2020 مریخ
استقامت تا حیات! | تشریح عملیات سطحی کاوشگر استقامت
در ساعت 00.30 (به وقت ایران) روز 19 فوریه 2021 ، پرسی روی سطح مریخ فرود آمد. این یک لحظهی تاریخی برای انسانها بود؛ به اهمیت اولین قدمهای نیل آرمسترانگ روی سطح ماه!
دیدگاهتان را بنویسید