از عامل مرموز اکتشافات اخیر علمی چه می دانید؟

به گزارش کلیک، در زیر مرزهای سوئیس و فرانسه، یک تاسیسات عظیم حلقوی شکل وجود دارد که ذرات را با سرعتی باور نکردنی به یکدیگر تبدیل می کند. دانشمندان این برخورد ها و ذرات بسیار کوچک را مشاهده می کنند که در یک لحظه بسیار کوچک، بخشی از واقعیت دنیا را به نمایش می گذارند. این بنای عظیم به عنوان برخورد دهنده عظیم هادرونی(LHC) شناخته می شود و به دانشمندان کمک می کند بینشی باور نکردنی به آرایش فیزیکی دنیای ما داشته باشند.

این برخورد دهنده در واژگونی مدل های فعلی فیزیک نقش داشته است بنابر این بد نیست کمی بیشتر در مورد آن بدانید.

برخورد دهنده بزرگ هادرونی چیست؟

برخورد دهنده عظیم هادرونی بین سال های ۱۹۹۸ و ۲۰۰۸ ساخته شد و اولین عملیات خود را پس از تاخیر یک ساله به دنبال یک حادثه در بیستم نوامبر ۲۰۰۹ انجام داد. علت این حادثه خطای الکتریکی در نتیجه نشت چندین تن مایع خنک کننده هلیوم به تونل بود. هزینه این پروژه عظیم ۹ میلیارد دلار برای ساخت و ساز بود که آن را به گران قیمت ترین دستگاه ساخته شده تبدیل می کند.

همان طور که از اسم LHC پیداست، این دستگاه پرتوهایی از ذرات کوچک مانند هادرون را در سرعت بسیار بالا به هم برخورد می دهد. این ذرات با ۱۳ترالکترون ولت از ترکیب انرژی پرتاب می شوند، در نتیجه ذرات متراکم ایجاد می شوند که ۱،۰۰۰،۰۰۰ برابر از هسته خورشید داغ تر هستند. این یکی از دلایلی است که این تاسیسات در زیر زمین ایجاد شده و اینکه چرا تا ۱٫۹ درجه کلوین سرد می شود و یا چرا ۱٫۹ درجه بالای صفر مطلق است.

این موارد تنها بخشی از نکات جالب LHC هستند. در طول حلقه ۱۷ مایلی(۲۷ کیلومتر)، ۱۶۰۰ آهنربا پرتو ها را انحنا داده و در تونل به یکدیگر برخورد می دهند. آهنرباها از رشته های کوچک مس به هم تابیده با آلیاژ نوبیوم تیتانیوم ساخته شده اند که اگر از هم باز شوند پنج بار به خورشید رسیده و باز می گردند و باقیمانده آن برای پیچیدن به دور ماه کافی خواهد بود.

تمامی این مواد مغناطیسی پرتوهای ذرات را به سرعت فوق بالا شتاب می دهد که کمی از سرعت نور کمتر است. زمانی که آن ها در چنین سرعتی به هم برخورد می کنند، ذرات کوچک به ذرات زیر اتمی تبدیل می شوند و در یک محیط پر انرژی با یکدیگر برخورد می کنند که چیزی شبیه شرایط جهان در هنگام بیگ بنگ است. در پی این انفجار ها، محققین به دنبال سرنخ های جدید در مورد کارکرد جهان می گردند.

به منظور جمع آوری و تحلیل میزان زیادی داده ایجاد شده توسط LHC، یک شبکه جهانی متشکل از ۱۷۰ مرکز کامپیوتر در ۳۶ کشور وجود دارد که ده ها پتابایت داده را در سال دریافت می کند. این شبکه آن‌قدر بزرگ است که رکورد جهانی گینس برای بزرگ‌ترین شبکه توزیع کامپیوتر بر روی زمین را دارد.

بوزون هیگز و سایر اکتشافات LHC

در حال حاضر ما از مدل استاندارد فیزیک ذرات برای توضیح کارکرد ذرت فیزیکی استفاده می کنیم. مدل استاندارد که در طی قرن بیستم توسط دانشمندان مختلف تکامل یافت، تا کنون در توضیح بخش های قابل مشاهده جهان که تنها ۵ درصد کل جهان است، ثابت مانده بود.۹۵ درصد باقیمانده شامل ماده تاریک و انرژی تاریک و هر نیروی بالقوه دیگری می شود. حتی بخش های قابل مشاهده نیز سوالات بی پاسخ بسیار دارد. مدل استاندارد حتی برای جاذبه نیز پاسخی ندارد و با نظریه نسبیت ناسازگار است.

در اینجا LHC وارد می شود. تا کنون آزمایشات LHC تایید کرده اند که وجود بوزون هیگز که نام مستعار آن "ذره خدا" است، وجود دارد که یک جنبه تئوری مهم در مدل استاندارد بود و هیچ وقت تا پیش از آزمایشات LHC در جولای ۲۰۱۲ دیده نشده بود. بوزون هیگز یک ذره گریزان با جرم بالا است و همان چیزی است که به مواد در جهان جرم می بخشد و اساسا اجازه می دهد اشیا در جهان وجود داشته باشند. سایر ذرات مانند هادرون های بیگانه ای همچون X(3872)، Z(4430)، Zc(3900)، و Y(4140 نیز به همراه چند ذره تایید نشده دیگر در آزمایشات LHC دیده شده اند.

امنیت LHC و برخورد ذرات

هنگام سروکار داشتن با چنین میزان بالای انرژی و تجهیزات گران و قدرتمند این سوال پیش می آید: آیا امن است؟ پاسخ کوتاه به این سوال بله است اما این باعث نمی شود افراد فرضیه های مختلف ایجاد نکنند.

دانشمندان شناخته شده ای همچون استفن هاوکینگ و نیل دگراس تایسون رویدادهای فاجعه باری را در نتیجه استفاده از LHC شرح داده اند که شامل ایجاد یک سیاه چاله کوچک، نابودی زمین و تولید ذرات نظری مخرب با نام " strangelets" هستند. هاوکینگ همچنین هشدار داده است که بوزون هیگز یک کشف خطرناک و ویرانگر است و باید آن را به کناری نهاد.

چنین نگرانی هایی از طرف چهره های برجسته علمی باعث ایجاد تئوری های توطئه در رابطه با LHC شده است. یکی از خلاقانه ترین این تئوری ها ادعا می کند که CERN (سازمان اروپایی تحقیقات هسته ای) می خواهد با استفاده از LHC دروازه جهنم را باز کند تا افراد را به جهان های موازی انتقال داده و با موجودات خبیث ارتباط برقرار کند. البته در حقیقت این نظریه باعث باز شدن بحثی در میان محققین شده است که شاید LHC به کشف و اثبات جهان های موازی یا سایر ابعاد کمک کند.

یکی دیگر از این تئوری ها اتصال CERN به الهه هندوی آفریننده و تخریب یعنی شیوا است که به عنوان طلسم برای LHC عمل می کند و یک مجسمه از آن در ورودی LHC قرار دارد. بسیاری بر این باورند این یک اعتراف زیرکانه است که چیز دیگری در CERN در شرف وقوع است. در واقعیت حضور این مجسمه به راحتی قابل توضیح است: مجسمه یک هدیه از طرف دولت هند برای بزرگداشت تکمیل LHC بوده و CERN احساس کرده است مجسمه شیوای سازنده و تخریب کننده یک استعاره مناسب برای عملکرد LHC است.

آینده LHC و فیزیک ذرات چیست؟

اکنون که محققین از LHC برای یافتن بوزون هیگز استفاده کرده اند، وظیفه بعدی این تاسیسات چیست؟ کشف بوزون هیگز تنها آغاز کار است. محققین امیدوارند سایر انواع بوزون و ذرات بنیادی را پیدا و از LHC برای آغاز آزمایشات نظریه ابرتقارن استفاده کنند. این نظریه هر ذره از ماده یک همتا دارد که بزرگ‌تر است و در جایی دیگر از جهان قرار دارد.

همچنین برنامه ریزی شده است که LHC ارتقا یافته و درخشندگی بالا دریافت کند که طیف را افزایش داده و در این صورت نتایج قابل مشاهده می شوند. به عبارت ساده تر محققین قادر خواهند بود آزمون را بهتر مشاهده کنند زیرا تونل روشن تر خواهد بود.

این امر به دلایل مشخصی مهم است اما علت اصلی این است که LHC با درخشندگی فعلی بازدهی نداشته و دیگر اکتشافاتی صورت نمی گیرد. در اوایل کار این دستگاه، میزان اکتشافات بسیار بیشتر از اواخر کار آن بوده است. تنها راه برای افزایش میزان اکتشافات، ارتقای این دستگاه است. دانشمندان امیدوارند روزی بتوانند با استفاده از LHC ماده تاریک و ابعاد پنهان جهان را ببینند.