برخورد دهنده هادرونی بزرگ؛ غول ۲۷ کیلومتری در جستجوی راز آفرینش

عصر ایران؛ محمدمهدی حیدرپور - بزرگترین شتاب دهنده ذرات در جهان، برای دورهای جدیدی از برخورد پروتون ها با سرعتی نزدیک به سرعت نور آماده است.  که پس از ارتقاهای فنی، اکنون دو برابر قدرتمندتر از دور نخست فعالیت خود عمل می کند، دریچه ای رو به ناشناخته های فیزیک ذرات گشوده است.

میراث بوزون هیگز و تقویت مدل استاندارد

در سال ۲۰۱۲، این دستگاه با یافتن شواهدی از بوزون هیگز (ذره ای که چگونگی شکل گیری جرم در سایر ذرات را توضیح می دهد)، انقلابی در علم ایجاد کرد. این کشف بزرگ، از محاسبات نظری که دهه ها پیش شکل گرفته بودند پشتیبانی کرد و موجب تقویت «استاندارد مدل» یا همان چارچوب فعلی فیزیک ذرات شد.

قدرت ویرانگر در خدمت دانش

در جریان آزمایش های پیشرفته، برخورد دهنده هادرونی بزرگ به انرژی عظیم ۱۳ تریلیون الکترون ولت می رسد؛ جریانی چنان قدرتمند که برای ذوب کردن یک تن مس در لحظه کافی است. در این فرآیند، جریانی از پروتون ها (معمولاً هیدروژن یا یون های سنگین تر مثل سرب) توسط میدان های مغناطیسی در حلقه ای به طول ۲۷ کیلومتر شتاب گرفته و با هم برخورد می کنند.

۴ هدف بزرگ که فیزیکدانان به دنبال آن ها هستند

برخورد ذرات در این انرژی های بالا، موجب شکل گیری ذرات درون اتمی و پرتوهایی می شود که نشانه اجزای تشکیل دهنده ماده هستند. دانشمندان ۴ ماموریت اصلی را در این برخوردها دنبال می کنند:

۱. شناسایی شرکای ابرمتقارن   

نظریه ابرمتقارن بیان می کند که ذرات (بوزون ها و فرمیون ها) به یکدیگر مربوط هستند و هر ذره یک شریک دارد. برای مثال، گلوینو شریک ابرمتقارن «گلوئون» (حامل نیروی هسته ای قوی) محسوب می شود. شناسایی این شرکا، هدف بزرگ دورهای جدید فعالیت LHC است.

۲. فراتر از یک بوزون هیگز؟

اگرچه بوزون هیگز یک مشکل عمده مدل استاندارد را حل کرد، اما پرسش های جدیدی آفرید. فیزیکدانان احتمال می دهند که بیش از یک نوع بوزون هیگز وجود داشته باشد و در پی کشف تعداد دقیق آن ها هستند.

۳. شکار ماده تاریک

حدود ۲۵ درصد از جرم و انرژی عالم را ماده تاریک تشکیل می دهد که تنها از طریق گرانش با اشیا تعامل دارد. LHC ممکن است انرژی کافی برای ایجاد ذره ماده تاریک (که از نظر الکتریکی خنثی است و به سرعت از بین نمی رود) را در یکی از این برخوردها تولید کند.

۴. بازسازی لحظات پس از بیگ بنگ

با استفاده از پرتوهای سنگین تر (مانند طلا یا سرب)، فیزیکدانان شرایطی مشابه با تنها چند «میلیاردمِ میلیاردمِ میلیاردمِ ثانیه» پس از تولد عالم را مشاهده می کنند. این بررسی نشان می دهد که ماده در آن شرایط چه رفتاری داشته و جهان چگونه به شکل فعلی تکامل یافته است.

نکته علمی: شتاب دهنده ها پیش از این ثابت کرده اند که پروتون ها از کوارک ساخته شده اند و بوزون های W و Z را تولید می کنند که مسئول نیروی هسته ای ضعیف در تجزیه رادیواکتیو هستند.

آینده برخورد دهنده هادرونی بزرگ؛ به سوی درخشندگی بالا (HL-LHC)

پس از موفقیت های خیره کننده در دورهای گذشته، اکنون دانشمندان در حال برنامه ریزی برای ارتقای عظیم این دستگاه به نسخه HL-LHC (برخورد دهنده هادرونی با درخشندگی بالا) هستند. این پروژه که گام بعدی در نقشه راه سرن (CERN) محسوب می شود، اجازه می دهد تا داده های بسیار دقیق تری از برخورد ذرات جمع آوری شود و شانس مشاهده پدیده های نادر فیزیکی را که پیش از این غیرممکن بود، فراهم می کند.

پرسش های متداول

چرا فیزیکدانان به دنبال انرژی های بالاتر در LHC هستند؟ چون انرژی بیشتر در برخوردها برابر است با تولید ذرات سنگین تر و این یعنی شانس بیشتر برای مشاهده نتایج جذاب و ذراتی که در حالت عادی دیده نمی شوند.

بوزون هیگز چیست؟ ذره ای بنیادی است که توضیح می دهد ذرات دیگر چگونه جرم به دست می آورند. کشف آن در سال ۲۰۱۲ مدل استاندارد فیزیک را تایید کرد.

ماده تاریک چیست و LHC چه کمکی به آن می کند؟ ماده تاریک بخش بزرگی از جهان را ساخته اما نامرئی است. LHC تلاش می کند با برخوردهای پرانرژی، ذرات این ماده را برای اولین بار در محیط آزمایشگاهی تولید و شناسایی کند.

آموزش زبان انگلیسی به سبک عصر ایران / درس چهارم

بیشتر بخوانید:

برخورد دهنده هادرونی سرن رکورد زد

تماشاخانه

چرا باران نمی بارد؟ از گزینش بپرسید / وقتی بهترین متخصص‌ها می‌روند (فیلم)

دو دقیقه از جذابترین دگرگونی یک شخصیت در تاریخ سینمای مدرن (تماشا کنید)

فیلم های دیگر