مهروماه

کشف «بوزون هیگز» یا همان «ذره خدا» توسط محققان مرکز پژوهش های هسته ای سِرن سوییس، سر و صدای زیادی در دنیای علم و دانش به پا کرد. سال گذشته بود که «ال.اچ.سی»، شتاب دهنده مستقر در این مرکز، (در فارسی به «برخورد دهنده هادرونی بزرگ» معروف است) دنیا را مبهوت خود کرد و احتمالا برای اولین بار در تاریخ، ذره ای کوچک را به شهرتی جهانی رساند.

اعلام رسمی کشف بوزون هیگز

در ۱۴ مارس ۲۰۱۳ (۲۴ اسفند ۹۱) فیزیکدانان برخورددهنده هادرونی بزرگ مرکز سرن، خبر کشف ذره بوزون هیگز را به طور رسمی اعلام کردند. پس از دو مشاهده برخورد و شناسایی اولیه بوزون هیگز در برخورد دهنده CMS و اطلس در ماه‌های گذشته حال با تایید شناسایی این ذره، فیزیک ذرات مدل استاندارد تکمیل شده است.

بوزون چیست؟

بوزون یک ذره زیراتمی است. ذرات اتمی پرتون ها، نوترون ها و الکترون ها هستند. در حالی که در دنیای یونان اتم به معنی غیر قابل تقسیم بود، دانشمندان مدرن دریافتند که ذرات اتمی هم قابل بخش به ذرات زیر-اتمی هستند. که این ذرات زیر-اتمی شامل کوارک ها، لپتون ها و بوزون ها می شوند.

بوزونِ هیگز چیست؟

هیگز آخرین بخش گمشده مدل استاندارد ( Standard Model )‌ است. تئوری که بلوک های اصلی سازنده جهان را تشریح می کند. ۱۱ ذره دیگری که توسط این مدل پیش بینی شده اند، تا کنون کشف شده بودند و حالا پیدا شدن هیگز می تواند مدل استاندارد را تایید نماید. با اثبات وجود این ذره، ما مجبور به باز اندیشی در خصوص نحوه شکل گیری جهان خواهیم بود.

دانشمندان عقیده دارند در یک میلیاردم ثانیه پس از بیگ بنگ، جهان هستی یک سوپ فوق العاده غول پیکر از ذراتی بوده که با سرعت نور با یکدیگر مسابقه گذاشته بودند و هیچ جرمی نداشته اند. در این میان برهم کنش آنها با میدان هیگز باعث شده که جرم پیدا کنند و سرانجام جهان شکل بگیرد.

میدان هیگز، یک میدان انرژی تئوری و نادیدنی است که تمام کیهان را در برگرفته است. برخی ذرات (همچون فوتون ها که اجزاء نور هستند) توسط این میدان تحت تاثیر قرار نگرفته اند و در نتیجه جرمی ندارند. بقیه ذرات اما به خوش شانسی فوتون ها نبودند و همانند قاشقی که در آش گیر می کند، در این میدان انرژی به دام افتادند. تمامی ذرات با فواصل کم و زیاد در اطراف این میدان هستند و در حال بده بستان و اثرات متقابل با آن هستند و بوزون های هیگز را که به صورت خوشه ای به تعداد کاملا متفاوت در اطراف هر ذره هستند، به خود جذب می کنند.

جهان را همانند یک میهمانی تصور کنید. میهمانان عادی که یکدیگر را نمی شناسند با سرعت و بدون هیچ توجهی از کنار یکدیگر رد می شوند. اما میهمانان مشهور و اشخاص مهم، گروه هایی از مردم (بوزن های هیگز) را به دور خود جذب می کنند و در نتیجه سرعت حرکت آنها در اتاق کند خواهد شد.

سرعت حرکت ذرات در میدان هیگز هم بسیار شبیه به این داستان است. برخی ذرات معین، گروه بزرگتری از بوزون های هیگز را جذب می کنند و جرم بیشتری هم پیدا خواهند کرد.

ذره هیگز که تا کنون فقط یک موضوع تئوری بوده است، برای اولین بار در سال ۱۹۶۴ توسط شش فیزیکدان وارد فرضیات علمی شد، که یکی از آنها Briton Peter Higgs بود. اما جستجو برای یافتن این ذره فرضی از اوایل دهه 1980 شروع شد. این آزمایشات ابتدا در Fermilab و با استفاده از برخورد دهنده Tevatron در نزدیکی شیکاگو انجام می شدند و امروزه در CERN با دستگاهی شبیه به آن (ولی بسیار بزرگتر) دنبال می شوند. اما تمرکز عمده بر این ذره، از سال ۲۰۱۰ و با آغاز کار LHC، شکل گرفت.

مدل استاندارد چیست؟

مدل استاندارد در علم فیزیک جایگاهی همانند نظریه تکامل در علم زیست شناسی دارد. این تئوری بهترین توضیح و تفسیری است که فیزیکدانان درباره چگونگی کنار هم قرار گرفتن بلوک های سازنده جهان توانسته اند ارائه کنند. این تئوری شرح می دهد که چگونه ۱۲ ذره بنیادی توسط چهار نیروی اصلی کنترل می شوند.

اما جهان هستی جای بسیار بزرگی است و مدل استاندارد تنها می تواند بخش کوچکی از آن را توضیح دهد. دانشمندان همیشه میان آنچه که ما می توانیم ببینیم و آنچه که باید در واقعیت وجود داشته باشد، یک فاصله و شکاف فرض می کنند. این شکاف باید با چیزی پر شود که ما به درستی آن را نمی شناسیم، که محققان این چیز را ماده تاریک یا Dark Matter می نامند. کهکشان ها نیز با سرعتی بیشتر از نیروهایی که ما می شناسیم و تصور می کنیم بر آنها وارد می شود، در حال دور شدن از یکدیگر هستند. این شکاف دانش نیز با انرژی تاریک یا dark energy پر می شود. اعتقاد بر این است که این جفت تقریبا ناشناخته بیش از ۹۶ درصد جرم و انرژی کیهان را در بر می گیرند.

تایید مدل استاندارد، یا شاید اصلاح آن، می تواند یک گام به جلو برای رسیدن به هدف نهایی فیزیک ( نظریه همه چیز یا theory of everything ) است که ماده تاریک، انرژی تاریک و نیروی جاذبه را در بر می گیرد، چیزی که مدل استاندارد از پس توضیح آن بر نمی آید. این داستان همچنین می تواند نور دانش را حتی بر ایده های مبهم تری همچون امکان وجود جهان های موازی بتاباند.

James Gillies سخنگوی سرن گفته بود همان گونه که نظریات اینشتین در برگیرنده کارهای ایزاک نیوتون بودند و بر پایه آنها بنا شده بودند، چیزی که هزاران فیزیکدان در سرن مشغول انجام آن هستند، همین کار را با نظریات اینشتین خواهد کرد‫.

آستانه اثبات این ذره کجاست؟

دانشمندان برای دستیابی به این اکتشاف، برای خود هدفی از میزان قطعیت و اطمینان گذاشته بودند که به آن 5sigma می گویند. یعنی اینکه تنها با احتمال یک در ۹ تریلیون، نتیجه گیری آنها از دیتاهای جمع آوری شده از ذره کوب (برخورد دهنده) می تواند یک اتفاق و اشتباه آماری باشد.

از زمان شروع به کار سرن در سال ۲۰۱۰ دو تیم کاملا مجزا با نام های ATLAS و CMS به طور هم زمان کار بر روی هیگز را شروع کرده بودند. و اکنون دانشمندان سرن برای اطمینان از نتیجه گیری شان، دو گروه مستقل از اطلاعات کامل را در اختیار دارند و این، دقت کار را از آستانه آماری مورد نظر هم بالاتر برده است.

چرا پیدا کردن بوزون هیگز اینقدر اهمیت دارد؟

در حالی که کشف بوزون هیگز هم نمی تواند همه آنچه را که درباره چگونگی کارکرد جهان هستی نیاز داریم، به ما بگوید؛ اما می تواند یک حفره عظیم در مدل استاندارد را که بیش از ۵۰ سال خالی مانده بود، پر کند. مارتین آرچر فیزیکدان کالج سلطنتی لندن می گوید:

بوزون هیگز در واقع آخرین تکه گمشده از درک فعلی ما از بنیادی ترین ذات و جوهره جهان هستی است. و اکنون به لطف LHC ما قادر هستیم که مربع کنار این گزینه را تیک بزنیم: این شیوه ای است که جهان کار می کند، یا حداقل ما فکر می کنیم این گونه کار می کند.

در واقع این شروع یا پایان چیزی نیست، بلکه فقط درباره اینکه ما به صورت عملی درباره جهان و چگونگی اش چه بگوییم، می تواند به یاری ما بیاید و چیزهای زیادی برای گفتن داشته باشد.

گوردون کن، مدیر فیزیک نظری -مرکز میشیگان اضافه می کند که یافتن شواهدی درباره بوزون هیگز می تواند «یک موفقیت بسیار شگفت انگیز برای دانش و برای انسان در چهار قرن اخیر باشد.»

انتهای پیام/