رويايي كه به واقعيت پيوست
معماي جرم حل شد
جام جم آنلاين: بوزون هيگز، ذره‌اي كه مي‌تواند خلأ ميان پيش‌بيني‌هاي نظري و مشاهدات آزمايشگاهي در فيزيك ذرات را پر كند و توصيف جديدي از چگونگي به‌وجود آمدن عالم ارائه دهد، پس از سال‌ها تلاش در مركز اتمي سرن كشف شد.
پيتر هيگز، اسكاتلندي سال 1964 وجود اين ذره را پيش‌بيني كرد و بر اساس آن توانست دليل وجود جرم را كه يكي از مهم‌ترين خواص ماده است، توضيح دهد.
عبدالسلام، واينبرگ و گلاشو توانستند با به‌كارگيري نظريه هيگز، نيروي الكترومغناطيسي و هسته‌اي ضعيفي را در يك رابطه رياضي جاي دهند.
اين موضوع نشان داد اين دو نيرو منشاء يكساني دارند و در انرژي‌هاي بالا ذرات حامل هر دو نيرو رفتار مشابهي خواهند داشت.
جايزه نوبل فيزيك سال 1979 به خاطر اين دستاورد ارزشمند به اين سه دانشمند تعلق گرفت. ايده آنها به مرور زمان پرورش يافت تا اين كه مدل استاندارد فيزيك توانست با استفاده از فرضيه وجود ميدان هيگز نشان دهد كه حداقل سه نيرو از چهار نيروي موجود در طبيعت (الكترومغناطيسي، هسته‌اي ضعيف و هسته‌اي قوي) منشاء يكساني دارند.
تنها نقطه تاريك اين مدل، نبود شواهد تجربي قوي براي وجود بوزون هيگز بود كه با آشكارسازي اين ذره در مركز اتمي سرن، مشاهدات آزمايشگاهي به ياري پيش‌بيني‌هاي نظري شتافت تا بزرگ‌ترين كشف علمي در حداقل 25 سال گذشته محقق شود. بوزون هيگز نشان مي‌دهد عامل تبديل تنها نيروي حاكم بر جهان به چهار نيروي مختلف پس از انفجار بزرگ، همين ذره است.
معماي جرم
منشاء جرم و دليل تفاوت جرم ذرات بنيادي با يكديگر معمايي بود كه بوزون هيگز آن را بخوبي حل كرد. همه ما ميدان مغناطيسي اطراف آهنربا را ديده‌ايم و براي لحظاتي هم كه شده مسحور تاثير اين پديده نامرئي شده‌ايم. ميدان مشابهي را تصور كنيد كه مانند يك تار عنكبوت فوق‌العاده بزرگ و نامرئي تمام عالم را در بر گرفته است.
حالا ذرات گوناگون مانند الكترون و فوتون را در نظر بگيريد كه درحال عبور از لابه لاي اين تارها هستند. جنس بعضي ذرات به گونه‌اي است كه به تار عنكبوت مي‌چسبند و ادامه مسير را به كندي طي مي‌كنند؛ در حالي كه ذرات ديگر با اصطكاك كمتر و حتي بدون وجود هيچ‌گونه اصطكاكي در شبكه تار عنكبوت حركت مي‌كنند.
كندي حاصل از كنش متقابل ميان ذره و شبكه، اين توهم را ايجاد مي‌كند كه ذره كندتر، جرم بيشتري دارد. اگر نام اين تار عنكبوت فرضي را ميدان هيگز بگذاريد، به درك صحيحي از دليل سنگيني يا سبكي ذرات و اشيا دست يافته‌ايد بنابراين اگر نمي‌توانيد يك كوه را جابه‌جا كنيد مقصر اصلي، ميدان هيگز است نه ذرات تشكيل‌دهنده آن كوه.
فوتون كه ذره حامل نيروي الكترومغناطيسي است جرمي برابر صفر دارد، چراكه هيچ كنش متقابلي با ميدان هيگز ندارد؛ در حالي كه ذرات حامل نيروي هسته‌اي ضعيف (دابليو+، دابليو ـ و زد صفر) 100 برابر الكترون جرم دارند. همين جرم زياد ـ كه برهم كنش بالاي ميان اين ذرات و ميدان هيگز را نشان مي‌دهد ـ دليل ضعيف بودن نيروي هسته‌اي است.
اين نيرو عامل خاصيت راديواكتيويته است. اساس كار ستاره‌ها بر نيروي ضعيف و الكترومغناطيسي استوار است.
اگر نيروي هسته‌اي ضعيف كمي ضعيف‌تر بود (برهم كنش ميان ذرات حامل آن با ميدان هيگز كمتر بود) همه هيدروژن عالم به هليم تبديل مي‌شد و هيچ ستاره‌اي به وجود نمي‌آمد.
از سوي ديگر اگر اين نيرو قوي‌تر بود (برهم كنش ميان ذرات حامل آن با ميدان هيگز بيشتر بود) انفجارهاي ابرنواختري پوسته خارجي ستاره‌ها را به بيرون پرتاب نمي‌كرد و ستاره‌ها نمي‌توانستند فضاي ميان ستاره‌اي را از عناصر سنگيني كه براي به وجود آمدن سياره‌ها و شروع حيات در آنها لازم است، پر كنند.
چگونگي انجام آزمايش هيگز
آزمايش آشكارسازي بوزون هيگز بر پايه يك اصل كوانتومي ساده بنا شد. ميدان هيگز از ذرات هيگز تشكيل شده است و از آنجا كه اين ميدان در همه جا وجود دارد، اگر تنش مناسبي به ميدان وارد كنيم مي‌توانيم ذره را توليد كنيم. براي وارد كردن تنش مناسب به ميدان، به ذراتي با انرژي فوق‌العاده زياد نياز داريم. تنها ماشيني كه اين توانايي را دارد برخورد دهنده بزرگ ذرات در مركز اتمي سرن است.
دو پرتوي پروتون با سرعتي بسيار نزديك به سرعت نور به يكديگر برخورد مي‌كنند و انرژي آزادشده در اثر اين برخورد، تنش مورد نياز را ايجاد مي‌كند.
ذره ايجاد شده به دليل جرم فوق‌العاده زيادي كه دارد (حدود صد برابر جرم پروتون و نوترون) بلافاصله دچار فروپاشي مي‌شود و الگوي فروپاشي منحصر به فردي از خود به جا مي‌گذارد. با توجه به اين كه ميدان هيگز در همه جاي عالم وجود دارد، مي‌توان از همه نقاط عالم حتي خلأ، ذره هيگز به دست آورد.
به نظر مي‌رسد علم مدرن تصميم دارد ديدگاه ما را نسبت به همه چيز حتي نسبت به آنچه تا به حال فضاي خالي مي‌دانستيم تغيير دهد.
تحليل داده‌هاي به دست آمده از فعاليت پيچيده ترين ماشين ساخت انسان، شاهكار محاسباتي است. توليد هزار ترابايت اطلاعات در ثانيه (بيشتر از حجم اطلاعات موجود در مجموع كتابخانه‌هاي جهان) و تجزيه و تحليل موفقيت آميز آن را بايد يك روياي به واقعيت پيوسته دانست.
منبع : جام جم
