بازسازی انفجار بزرگ در مقیاس کوچک

کامبیز کراماتی

بی بی سی

دانشمندان در مرکز تحقیقاتی سرن در سوئیس که روی طرح "برخورد دهنده بزرگ هادرون" کار می کنند، می گویند که "بیگ بنگ" یا "انفجار بزرگ" را در مقیاسی بسیار کوچک بازسازی کرده اند.

بیست سال است که دانشمندان تلاش می کنند با این طرح به راز خلقت پی ببرند. برخورد دهنده بزرگ هادرون، که بزرگترین، گرانقیمت ترین و پیچیده ترین وسیله علمی ساخت بشر است، سال گذشته با مشکلات فنی زیادی مواجه شد.

اما آزمایش تازه نمونه ای کوچکتر است که با موفقیت به پایان رسیده است.

جهان تقریبا چهارده میلیارد سال پیش بر اثر واقعه ای که کیهان‌شناسان به آن "انفجار بزرگ" می گویند، به وجود آمد.

حالا و با استفاده از برخورد دهنده بزرگ هادورن، شاید بتوان فهمید که جهان در نخستین لحظات پس از خلقت، چه شکلی داشته است.

نتیجه کار برخورد دهنده هادرون، تصویری است از برخورد ریزترین و در عین حال سنگین ترین ذرات بنیادین تشکیل دهنده ماده که می توانند نمونه کوچکی از "انفجار بزرگ" باشد.

بولک ویسلوچ، یکی از محققان مرکز تحقیقاتی سرن می گوید: "این، به معنی آغاز عصری تازه است، عصری تازه برای فیزیک. هرگز در شرایط آزمایشگاهی، این میزان انرژی آزاد نشده بود و هیچ آزمایشگاهی به چنین دمای زیادی نرسیده بود. ما امیدواریم که نتایج و اطلاعات فوق العاده جالبی درباره چگونگی جهان، درست بلافاصله پس از خلقتش، بدست آوریم."

دانشمندان می گویند که باید انفجار بزرگ را هزاران بار بازسازی و مطالعه کنند تا به راز آن پی ببرند

در این آزمایش و با استفاده از مغناطیس های بسیار قدرتمند، ذرات بنیادین، در طول یک تونل زیرزمینی به طول بیست و هفت کیلومتر در مرز سوئیس و فرانسه، شتاب گرفته و با سرعتی نزدیک به سرعت نور به حرکت در آمدند.

این ذرات، در نهایت با هم برخورد کردند و به شکل ذراتی به مراتب ریزتر، درآمده و پخش شدند.

این تجربه علمی، در مرکز تحقیقاتی سرن و با استفاده از آشکار سازی ویژه، که به اختصار، آلیس خوانده می شود انجام شد.

دمای حاصل از برخورد ذرات، در حدود ده تریلیون درجه سانتیگراد، یعنی یک میلیون بار داغ تر از هسته خورشید بود: گرمایی که در آن، حتی پروتون‌ها و نوترون‌ها، یعنی ذرات تشکیل دهنده هسته اتم هم ذوب شده و ترکیبی ژله مانند از کوارک ها و گلوان‌ها، یعنی بنیادی ترین ذرات سازنده ماده را به وجود می آورند؛ چیزی که پلاسمای کوارک - گلوان نامیده می شود.

دکتر دیوید اوانز، دانشمند بریتانیایی ِ دست اندر کار در این آزمایش، معتقد است که این پروژه بین المللی که با مشارکت حدود هزار محقق از سی و سه کشور جهان و با صرف میلیاردها دلار هزینه اجرا شده است، ارزش وقت و پولی را که صرفش شده، داشته و می تواند در شناخت بشر از راز خلقت، تاثیری به سزا داشته باشد.

دکتر اوانز می گوید: "بیست سال طول کشید تا این ایده، عملی شود. حالا باید این آزمایش، بی وقفه ادامه پیدا کند. ما به ده ها میلیارد برخورد نیاز داریم تا بتوانیم نتایج حاصله را تجزیه و تحلیل کنیم و بفهمیم که واقعا چه خبر است. این کار، به زمان زیادی نیاز دارد. تحلیل و بررسی بعضی از نتایج، چند هفته یا چند ماه طول می کشد و آنالیز بخش دیگری از اطلاعات، سال‌ها وقت می برد".

بنا بر این، مدت زمان طول می کشد تا محققان اطمینان حاصل کنند که آیا اصولا توانسته اند انفجار بزرگ را- البته در مقیاسی کوچکتر- دقیقا تکرار کنند یا نه. اگر جواب مثبت باشد، روزنه های تازه ای به روی بشر گشوده خواهد شد و دانشمندان خواهند توانست بخشی کوچک از اولین لحظات خلقت را، با جزئیاتی بیشتر از همیشه، مطالعه و بررسی کنند.

يادآوری از گذشته :

متخصصان آزمایشگاه سرن، واقع در مرز سوئیس و فرانسه، پرتوهای پر انرژی پروتونی را با سرعتی نزدیک به سرعت حرکت نور به دستگاه برخورد دهنده بزرگ هادرون (ال اچ سی)، بزرگترین دستگاه شتابدهنده ذره ای، وارد کردند.

صدها پژوهشگر از کشورهای مختلف از جمله از ایران در اجرای این آزمایش و بررسی نتایج به دست آمده از آن مشارکت دارند.

دستگاه ال اچ سی شامل تونلی مدور به طول بیست و هفت کیلومتر در عمق متوسط یکصد متری زیرزمین در مرز سوئیس و فرانسه است که بیش از هزار دستگاه مغناطیسی خم کننده در آن تعبیه شده است.

این خم کننده ها باعث تنظیم جهت حرکت پرتوهای پروتونی می شوند به نحوی که این پرتوها مسیر دایره شکل تونل را طی کنند.

پس از مرحله اول تابش پرتوها، پرتوهای دیگری نیز به داخل تونل تابیده می شوند و این دو پرتو در مکان های خاصی در طول تونل با یکدیگر تلاقی می کنند.

این آزمایش با هدف به آزمون گذاشتن فرضیه مربوط به تبدیل ذرات بدون جرم به ماده دارای جرم در "الگوی استاندارد" در فیزیک ذرات به اجرا گذاشته می شود در حالیکه این الگو در فرضیه مهبانگ (بیگ بنگ) در باره پدید آمدن کیهان مورد استفاده قرار می گیرد.

براساس فرضیه تشکیل ماده، فوتون ها، که بسته های انرژی بدون جرم هستند، از طریق "مکانیسم هیگز" به ذرات بنیادی - موسوم به ذره الهی - تبدیل می شوند که عامل پدید آمدن ذات دارای جرم است.

این فرضیه، که در دهه 1960 توسط پیتر هیگز، استاد دانشگاه ادینبورگ در اسکاتلند، و توماس کیبل، استاد امپریال کالج دانشگاه لندن مطرح شد.

ذرات بنیادی دارای جرم

براساس این فرضیه، ذره الهی، که از آن به عنوان حلقه مفقوده بین ذرات بدون جرم و ذرات دارای جرم یاد می شود، مانند ذرات بدون جرم، ذره ای بسیط است و از اجزای دیگری تشکیل نیافته و در عین حال، مانند ذرات مرکب، مانند اتم ها، دارای جرم است.

ذره الهی تا کنون از طریق آزمایش مشاهده و وجود آن اثبات نشده است.

تایید فرضیه تبدیل ذرات بدون جرم به ذرات دارای جرم، به منزله گامی مهم در پذیرش فرضیه انفجار بزرگ (مهبانگ یا بیگ بنگ) به عنوان مبداء پیدایش کائنات و تشکیل کهکشان ها و در نهایت، منظومه شمسی و کره زمین خواهد بود.

پس از خاتمه آزمایش، دانشمندان برای یافتن ذرات دارای جرم، به بررسی مواد باقیمانده در محل برخورد پرتوهای متقابل خواهند پرداخت و انتظار می رود جمع آوری و تحلیل اطلاعات حاصل از این آزمایش شش ماه تا یک سال به طول انجامد.

پیتر هیگز، پژوهشگر هفتاد و نه ساله بریتانیایی و مبدع مکانیسم هیگز، گفته است که به اعتقاد وی، آزمایش سرن خواهد توانست وجود "ذره الهی" را نشان دهد.

طرح ساخت برخورد دهنده بزرگ هادرون Large Hadron Collider در اوایل دهه 1980 توسط سازمان اروپایی پژوهش هسته ای - سرن - مطرح شد تا برای این سئوال که چگونه ذرات بدون جرم می توانند دارای جرم شوند پاسخی بیابد.

این طرح سرانجام در سال 1996، با بودجه ای به مبلغ 2.6 میلیارد فرانک سوئیس به تصویب رسید و ساخت آن، با تاخیرهای مکرر و با بودجه ای تقریبا دو برابر تخمین اولیه، در سال جاری تکمیل شد.

سازمان اروپایی پژوهش هسته ای در سال 1954 توسط یازده کشور اروپایی برای تحقیقات پیرامون هسته اتم تشکیل شد اما به زودی به پژوهش در جنبه های دیگر فیزیک هسته ای و ذرات بنیادی نیز گرایش یافت.

در سال های بعد، شمار دیگری از کشورهای جهان به عنوان عضو اصلی یا ناظر در این سازمان پذیرفته شدند در حالیکه کشورهای دیگری، از جمله ایران، در تحقیقات مختلف این سازمان مشارکت داشته و از نتایج تحقیقات آن برخوردار می شوند.