English

Contact us

نظر دهید

تماس با ما

فارسی

Welcome to CPH Theory Siteبه سایت نظریه سی پی اچ خوش آمدید

 

 

نظریه سی پی اچ بر اساس تعمیم سرعت نور از انرژی به ماده بنا شده است.

اخبار

آرشیو مقالات

 

سی پی اچ در ژورنالها

   

 

ابرتصادم گر هادرونى 

 

 

 



ابرتصادم گر هادرونى

 

 

كريس للولين اسميت

ترجمه: مهسا وهابى- محمدرضا مولايى

 

 

 

 

ابرتصادم گر هادرون يك شتاب دهنده  ذرات با انرژى و پيچيدگى بى نظير و بى سابقه است كه نتيجه آن همكارى و مشاركت جهانى براى آشكارسازى بخش جديد پنهانى از حقيقت است. وقتى دو پروتون كه با سرعت 99.999999  درصد سرعت نور در حركت اند، با هم برخورد سر به سر دارند، انفجار زيراتمى حاصل به طور طبيعى ۱۴ تريليون الكترولت (TeV)  انرژى فراهم مى كند. اين انرژى كه برابر با ۱۴ هزار برابر انرژى ذخيره شده در جرم در حال سكون پروتون است ميان ذرات كوچك ترى كه پروتون را تشكيل مى دهند (كوارك ها و گلوئون ها كه آنها را به هم متصل مى كند) به اشتراك گذاشته مى شود. 

در اكثر برخوردهايى كه كوارك ها و گلوئون هاى مستقل تنها برخورد مماسى دارند، انرژى به هدر مى رود و ذرات آشنايى كه توسط فيزيكدانان از مدت ها پيش طبقه بندى و شناخته شده اند، آزاد مى شوند.اما بعضى اوقات، دو كوارك با هم برخورد سر به سر دارند كه انرژى آن TeV ۲  يا بيشتر است. فيزيكدانان معتقدند كه طبيعت حقه هاى جديدى در آستين خود دارد كه بايد در آن برخوردها برملا شوند، شايد يك ذره  ناشناخته مرموز) كه به بوزون هيگز معروف است، شواهد يك اثر معجزه آسا را كه ابرتقارن ناميده مى شود يا شايد پديده اى غيرقابل انتظار، فيزيك ذرات بنيادى را متحول سازد. 

آخرين بارى كه چنين برخوردهاى شديد از كوارك ها به تعداد بسيار زيادى اتفاق افتاد، ميليارد ها سال پيش در اولين پيكو ثانيه هاى بعد از انفجار بزرگ بود. چنين برخوردهايى مجدداً در سال ،۲۰۰۷ در يك تونل زيرزمينى گرد، در حومه  شهر ژنو و در نزديكى مرز سوئيس فرانسه روى مى دهد. تا آن هنگام هزاران دانشمند و مهندس از ده ها كشور انتظار اتمام ساختن آشكارسازهاى بزرگ براى ابرتصادم گر  هادرون (LHC)  و شروع آزمايش ها را دارند.

اين پروژه وسيع و از نظر فناورى دشوار، كه به وسيله  سرن ، (آزمايشگاه اروپايى فيزيك ذرات) سازمان دهى مى شود و عمده مسئوليت ساخت شتاب دهنده را به عهده دارد، هم اكنون در دست اجرا است. LHC  انرژى اى در حدود ۷ برابر انرژى تصادم گر تواترون كه در آزمايشگاه شتاب دهنده ملى فرمى در باتاوياى آمريكا قرار دارد، فراهم مى كند. كوارك بالا (Top)  كه مدت ها در جست و جويش بودند در آزمايش هاى سال هاى ۱۹۹۲ تا ۱۹۹۵ در تواترون كشف شد.

LHC  به انرژى بى سابقه خود دست خواهد يافت. به  رغم اين كه داخل محدوده تونل ۲۷ كيلومترى موجود ساخته شده است. آن تونل محل استقرار تصادم گر الكترون _ پوزيترون بزرگ سرن (LEP)  بود كه در سال هاى ۱۹۸۹ تا ۲۰۰۰ كار مى كرد و از آن براى انجام دادن آزمايش هاى دقيق نظريه ذرات بنيادى در انرژى حدود يك درصد انرژى LHC استفاده مى شد. با استفاده از تونل LEP ، LHC   از مشكلات و هزينه بالاى ساخت و نصب يك تونل جديد و بزرگ تر و ساخت ۴ شتاب دهنده  تزريقى كوچك تر و تسهيلات وابسته رهايى مى يابد. ولى خم كردن مسير باريكه هاى پروتون TeV ۷-  كه دور تونل قديمى در حال حركت هستند، به ميدان مغناطيسى قوى ترى نسبت به آن هايى كه شتاب دهنده هاى پيشين استفاده مى كردند، احتياج دارد.

آن ميدان ها به وسيله   مغناطيس ۱۵مترى كه دور ۸۵ درصد محيط تونل نصب شده اند ايجاد خواهد شد. آهن رباها به وسيله كابل هاى ابررسانا كه حامل جريان ۱۲ هزار آمپر هستند تغذيه و به وسيله هليوم ابرشاره تا دماى  سلسیوس ْ۲۷۱_ يعنى ْ ۲ بالاى صفر مطلق خشك مى شوند.

براى انجام آزمايش هاى فيزيكى سودمند، به چيزهايى بيشتر از پروتون هاى پرانرژى احتياج داريم. آن چيزى كه بايد در نظر گرفت انرژى برخوردهاى بين كوارك ها و گلوئون هاى تشكيل دهنده پروتون است.  LHC،  باريكه هاى پروتون را با شدت بى نظير و بى سابقه برخورد مى دهد تا تعداد برخوردهاى نادر و كمياب بين كوارك ها و گلوئون را كه داراى انرژى زيادى است، افزايش دهد.شدت (intensity) يا پرتوافكنىluminosity)  LHC، ۱۰۰ ) برابر تصادم گرهاى گذشته و ۱۰ برابر، ابرتصادم گر ابررسانا (SSC)  خواهد بود.

 SSC  مى توانست يك رقيب پا به پا براى LHC  باشد كه باريكه هاى پروتون  Tev ۲۰  را در تونل با محيط ۸۷ كيلومتر دور واكساهاچى تگزاس مى گرداند. شدت بالاتر LHC،  تقريباً انرژى پايين تر باريكه را جبران مى كند ولى انجام آزمايش ها را مشكل تر مى كند. به علاوه ، چنين شدت هاى بالايى مى تواند مشكلاتى مثل آشفتگى و اغتشاش در مدار باريكه را برانگيزد كه براى پايدار و متمركز نگه داشتن باريكه، بايد بر آنها غلبه كرد. در چهار منطقه از حلقه LHC،  يك ميليارد برخورد در هر ثانيه اتفاق خواهد افتاد كه هر كدام ۱۰۰ ذره  ثانويه ايجاد مى كنند. آشكارسازهاى عظيم (بزرگ ترين آنها به ارتفاع يك ساختمان ۶ طبقه است) كه از هزاران جزء پيچيده تشكيل شده اند، اين آثار را مسيريابى و رديابى مى كنند. الگوريتم هاى پيچيده كامپيوترى بايد اين بهمن اطلاعات را به طور آنى (شايد ۱۰ تا ۱۰۰ ثانيه) به دقت بررسى كنند تا تصميم بگيرند كه كدام مورد ارزش ثبت شدن را براى آناليز كامل بعدى دارد.

 

 

 

 

پرسش هاى بى پاسخ

هرچقدر كه طبيعت را با كاونده هاى انرژى زياد بررسى مى كنيم، در مقياس هاى كوچكتر ساختار ماده تحقيق مى كنيم. آزمايش هايى كه در شتاب دهنده هاى كنونى انجام مى شود، ماده را تا يك ميليارديم يك ميليارديم متر 10 - 18 m  مورد بررسى قرار داده است. پرتابه هاى LHC،  حتى عميق تر از اين مقدار (پايين تر از   10 - 19 m  به درون قلب ماده نفوذ خواهد كرد. اين به تنهايى كافى خواهد بود تا اشتياق و رغبت علمى را برانگيزاند ولى اين مسابقه جديد قلمرو جديدى را مى گشايد كه جواب به اين سئوالات بزرگ در اين قلمرو جديد قرار مى گيرد. در ۳۵ سال گذشته، فيزيكدانان ذرات، يك تصوير نسبتاً متحد يا به هم پيوسته را ارائه كرده اند (مدل استاندارد) كه ساختار ماده را تا ۱۸-۱۰ متر با موفقيت توصيف مى كند. مدل استاندارد (قاب صفحه۱۵ را ببينيد) تمامى اجزاء ماده و سه نيرو از چهار نيرو را كه رفتارشان را كنترل مى كند، به طور مختصر و مفيد توصيف مى كند. اجزاى ماده ۶ ذره به نام لپتون ها و ۶ ذره به نام كوارك ها است. يكى از نيروها، كه به نام نيروى قوى معروف است بر كوارك ها عمل مى كند و آنها را به هم پيوند مى دهد تا صدها ذره به نام هادرون را تشكيل دهند. پروتون و نوترون، هادرون هستند و اثر باقى مانده نيروى قوى آنها را به هم پيوند مى دهد تا هسته  اتم ساخته شود. دو نيروى ديگر نيروى الكترومغناطيسى و نيروى ضعيف نام دارند كه در برد كوتاهى عمل مى كنند ولى عامل واپاشى راديواكتيو بتا هستند و براى تامين انرژى خورشيد ضرورى اند.

مدل استاندارد با ظرافت، يكى شدن و متحد  شدن اين دو نيرو را به نيروى الكتروضعيف شرح مى دهد و با وجود ظاهر متفاوتشان، خواص شان را به هم مربوط مى كند. بيش از ۲۰ فيزيكدان به خاطر كارشان كه به مدل استاندارد منجر شد جايزه نوبل گرفتند. از تئورى الكتروديناميك كوانتومى (جايزه ۱۹۶۵) تا كشف نوترينو و ذره تاو (۱۹۹۵) و كار نظرى آقايان گرادوس هوفت (Geradus,t Hooft)  و مارتينوس ج.گ. ولتمن (MartinusJ.G. Veltman)  هنگامى كه در دانشگاه اوترشت (Utrecht) سال ۱۹۹۹) بودند. اما با وجود اين كه مدل استاندارد يك پيشرفت علمى بزرگ است و به وسيله تعداد زيادى آزمايش دقيق تائيد شده، چند ايراد جدى دارد.

اول اين كه اين مدل به صورت سازگار، تئورى آلبرت اينشتين درباره خواص فضا، زمان و بر همكنش آن با ماده را شامل نمى شود. اين تئورى (نسبيت عام)، توصيف زيبايى از نيروى چهارم يعنى گرانش است كه به وسيله آزمايش هم تائيد شده است. مشكل اينجا است كه مدل استاندارد برخلاف نسبيت عام، يك تئورى كاملاً كوانتوم مكانيكى است و بنابراين پيش بينى هايش در مقياس هاى خيلى كوچك (خيلى دورتر از ناحيه اى كه آزمايش شده است) نقض مى شود. غيبت توصيف كوانتوم مكانيكى گرانش، مدل استاندارد را از لحاظ منطقى ناقص مى كند.

دوم اين كه مدل استاندارد با وجود اين كه محدوده وسيعى از اطلاعات را با معادلات ساده اساسى توصيف مى كند، آشكارا حاوى چند مقدار دلخواه است. به عنوان مثال اين مدل نشان نمى دهد كه چرا شش كوارك و شش لپتون داريم و نه چهار تا و يا توضيح نمى دهد كه چرا تعداد كوارك ها و لپتون ها با هم برابر است. آيا اين اتفاق كاملاً تصادفى است؟ به طور نظرى مى توانيم تئورى هايى بسازيم كه دليل ارتباط قوى بين كوارك ها و لپتون ها را براى ما توضيح دهد ولى نمى دانيم كه آيا اين تئورى ها درست هستند يا نه؟

سوم اين كه مدل استاندارد يك جزء تمام نشده و آزمايش نشده دارد. اين يك جزء كوچك نيست بلكه يك جزء (مولفه) مركزى است. همان مكانيسمى كه جرم مشاهده شده ذرات را توليد كند. جرم ذرات خيلى خيلى مهم است. (به عنوان مثال تغيير دادن جرم الكترون تمام شيمى را تغيير مى دهد و جرم هاى نوترينوها انبساط جهان را تحت تاثير قرار مى دهد.) جرم نوترينو نهايتاً چند ميليونيم جرم الكترون است ولى آزمايش هاى اخير نشان داده كه جرم آن صفر نيست. دانشمندانى كه دو آزمايش پيشگام را سرپرستى كردند و به اين كشف دست يافتند جايزه نوبل فيزيك ۲۰۰۲ را از آن خود ساختند.

 

مكانيسم هيگز

فيزيكدانان بر اين باورند كه ذرات در برهمكنش هايى با ميدانى كه تمامى جهان را اشباع مى كند، توليد مى شوند؛ هرچه ذره اى با ميدان مزبور برهمكنش قوى ترى انجام دهد، جرمش بيشتر است. (تصوير صفحه۱۶ را ببينيد) در هر حال سرشت اين ميدان ناشناخته باقى مى ماند. ماهيت اين ميدان مى تواند ميدان بنيادى جديدى باشد، كه به افتخار فيزيكدان بريتانيايى پيتر هيگز ميدان هيگز ناميده مى شود. شق ديگر آن است كه موجودى مركب باشد كه از ذرات جديدى (به نام تكنيكوارك) تشكيل شده باشد كه به وسيله نيروى جديدى (موسوم به تكنيكالر) به يكديگر قوياً پيوند دارند. حتى اگر ميدان يك ميدان بنيادى باشد، باز هم سئوالات گوناگونى درباره ميدان هيگز وجود دارد: چه تعداد ميدان هيگز وجود دارد و ويژگى هاى دقيق آنها چيست؟ ليكن در هر حال ما با اطمينان تقريباً رياضى مى  دانيم كه هر مكانيسمى كه عامل اين امر باشد، بايد پديده هاى جديدى در محدوده انرژى LHC  مانند ذرات مشاهده پذير هيگز يا تكنوذره ها را به وجود آورد. بنابراين هدف اصلى طراحى LHC  كشف اين پديده ها و معين كردن مكانيسم جرم زايى مزبور است. آزمايش هاى  LHC  همچنين به پديده هاى نوين ديگرى حساس خواهند بود كه مى توانند مويد نظريه هايى باشند كه مدل استاندارد را بسط داده يا كامل مى كنند.

 

 

 

براى مثال گمان بسيار مى رود تئورى كامل تر بايد شامل ابرتقارن باشد. 

ابرتقارن شبكه روابط مابين نيروها و ذرات بنيادى را بسيار زياد مى كند. ابرتقارن موضعى خواه ناخواه گرانشى را نيز دربرخواهد داشت. برعكس تنها نظريه شناخته شده (تئورى ريسمان) كه مى تواند با موفقيت نسبيت عام را با مكانيك كوانتومى تلفيق كند، نيازمند ابرتقارن است. اگر ابرتقارن درست باشد، فيزيكدان ها دليل بسيار مناسبى در اختيار دارند مبنى بر اينكه LHC  مى تواند ذرات جديدى را كه پيش بينى كرده است، بيابد. اين آزمايش ها مى توانند پديده هاى نوينى در وراى دامنه اى كه قبلاً توسط  LEP  كاوش شده بود، بيابند. ليكن حتى اگر آنها LHC  را بسازند تنها قله كوه يخ ديگرى را آشكار خواهند كرد و  LHC  همان جايى است كه فيزيكدان ها بررسى هاى گسترده فرآيندهاى نوين را انجام مى دهند.
اگر تواترون اين پديده هاى جديد را مشاهده نكند، در آن صورت  LHC  طعمه را صيد خواهد كرد. توان كاوشگرى LHC  دربرگيرنده توان LEP   و تواترون است و هيچ گونه شكافى باقى نمى گذارد كه پديده هاى فيزيكى جديد در آن پنهان بماند. علاوه بر اين اندازه گيرى هاى با دقت زياد كه دردهه گذشته در LEP  مركز شتاب دهنده خطى استانفورد و آزمايشگاه فرمى انجام گرفته اند، اساساً اين نگرانى را كه بوزون هيگز ممكن استبيروناز دسترس محدوده انرژى LHC  باشد، برطرف ساخته است. اكنون روشن است كه بوزون هيگز و يا پديده هاى فيزيكى جديد ديگرى ك هوابسته به توليد جرم باشند در LHC  يافت خواهند شد.

 

رقابت با مهبانگ

پرداختن به اين نوع فيزيك مستلزم بازتوليد شرايطى است كه تنها يك تريليونيوم ثانيه پس از مهبانگ وجود داشته است؛ كارى كه فناورى هاى نوين را به مرزها و ماوراى آنها سوق مى دهد. مغناطيس ها براى نگهدارى پرتوهاى پروتون 7  TeV  طى مسير بايد ميدانى به قدرت ۳/۸ تسلا را توليد كنند. اين شدت ميدان تقريباً ۱۰۰ هزار برابر ميدان مغناطيسى زمين است و بالاترين شدت ميدانى است كه تاكنون در شتاب دهنده اى به كار رفته است. اين آهن رباها مبتنى بر فناورى ابررسانايى هستند: جريان هاى عظيم بدون هيچ گونه مقاومتى از ميان سيم هاى نازك ابررسانا شارش مى كنند كه حاصل آن آهن رباهاى فشرده اى است كه مى توانند ميدان مغناطيسى اى توليد كنند كه شدت آن با آهن رباهاى معمول ساخته شده توسط سيم هاى مسى غيرقابل حصول است. [تصوير صفحه ۱۵ را ببينيد.] براى ابقاى ابررسانايى در اين وضعيت- با جريان ۱۲ هزار آمپر- هسته هاى آهن رباها بايد در طول مسير ۴/۲۲ كيلومترى تونل در دماى ۲۷۱- درجه سانتيگراد نگه داشته شود. تلاش براى رسيدن به تبريد در اين مقياس هيچ گاه صورت نگرفته است. در دسامبر ۱۹۹۴ يك قطعه از نمونه اصلى كامل LHC  به مدت ۲۴ ساعت به كار پرداخت، كه ثابت كرد محك  فنى كليدى براى انتخاب آهن رباها صحيح اند. از آن زمان تاكنون آزمون هايى روى نمونه هاى اوليه انجام شده و اجراى LHC  را به مدت ده سال شبيه سازى كرده اند. هم اكنون آهن رباهايى كه از معيارهاى طراحى روز بالاتر ند در حال ساخت و تحويل به CERN  است تا براى آ زمودن  نهايى و نصب به كار رود. با كنار گذاشتن طراحى  TeV ،۴۰ SSC  در سال ۱۹۹۳ LHC، TeV ۱۴  تنها پروژه شتاب دهنده در دنيا شد كه مى تواند يك برنامه تحقيقاتى متنوع در مرزهاى انرژى زياد را اجرا كند. پرتوها متشكل از خوشه هاى پروتون هستند كه مانند مهره هاى يك زنجيره رشته ر شته شده اند. در هر نقطه برخورد، جفت هايى از اين خوشه ها ۴۰ ميليون بار در ثانيه از بين يكديگر عبور خواهند كرد و هر بار حدود ۲۰ برخورد پروتون- پروتون را به وجود خواهند آورد. برخوردها چنان زياد خواهند بود كه هنگامى كه برخورد بعدى روى مى دهد ذراتى از برخورد قبلى هنوز در حال عبور از آشكارسازها خواهند بود. از اين ۸۰۰ ميليون برخورد در ثانيه تنها حدود يك در يك ميليارد برخورد رودرروى كواركى است.

 

 

 

 

براى آنكه پا به پاى اين سرعت سرسام آور پيش برويم، اطلاعات از آشكارگر به درون خط الكترونيكى لوله خواهد رفت كه آنقدر طولانى هست كه داده هاى مربوط به هزاران برخورد را نگاهدارى كند. اين امر به دستگاه هاى الكترونيك پايين رودخانه آنقدر زمان مى دهد تا در اين مورد تصميم گيرى نمايد كه آيا يك برخورد جالب است و بايد قبل از رسيدن داده ها به پايان خط لوله و ناپديد شدن ضبط و ثبت شود يا نه. آشكارگر هاى LHC   ده ها ميليون كانال بازخوانى خواهند داشت. جفت و جور كردن تمام علائم موجود در خط لوله كه از يك برخورد پروتون- پروتون يكسان سرچشمه مى گيرند، هدفى بلندپروازانه خواهند بود.

 

وقتى كوارك ها برخورد مى كنند

در حقيقت آشكارسازهاى ذرات با تلاش مجدانه براى تماشاى هر برخورد به منظور ارائه علائم رويدادهاى جالب چشم هاى الكترونيكى فيزيكدانان محسوب مى شوند. LHC  چهار آشكارساز ذره اى خواهد داشت. از اين مجموعه دو آشكارساز عظيم و همانند عروسك روسى ماتريوسكا است كه بخش هاى آن به خوبى در يكديگر تنگ چين شده اند و نقطه برخورد باريكه اى به سمت مركز آشكارساز هدايت مى شود. هر بخش انباشته از فناورى هاى نوين و براساس سفارش طراحى و ساخته شده است. تا پيش از آنكه ذرات به لايه بعدى برسند، مشاهده هاى ويژه اى روى آنها انجام مى شود.

آشكارسازهاى چندمنظوره ATLAS و CMS  كه به اندازه ۲۲ متر بلندى دارند، ذرات هيگز و ابرتقارن را جست وجو مى كنند و با ثبت و ضبط آثار باقى مانده از برخورد تا آنجا كه مقدور است، گوش به زنگ وقايع غيرمنتظره خواهند بود. دو آشكارساز كوچك تر، ALICE و LHC  بر حوزه هاى گوناگون خاصى از فيزيك متمركز خواهند شد. هم ATLAS و هم CMS براى آشكار ساختن موئون ها، الكترون ها و فوتون هاى پرانرژى كه حضورشان مى تواند توليد ذرات نوين منجمله بوزون هاى هيگز را نشان دهد، بهينه شده اند. با وجود اين آنها راهكارهاى بسيار متفاوتى را دنبال مى كنند. سال ها شبيه سازى رايانه اى نشان داده است كه آنها مى توانند هر پديده نوينى كه طبيعت ممكن است از خويش به نمايش بگذارد آشكار سازند. پايه ريزى ATLAS  مبتنى بر يك آهن رباى عظيم است كه مجهز به آشكارسازهايى است كه به منظور تشخيص موئون ها در هوا طراحى شده اند.

CMS ( سولنوئيد موئونى فشرده) از رهيافت سنتى تر استفاده از اتاقك هاى داخل يوغ بازگشتى يك آهن رباى سولنوئيدى بسيار قدرتمند براى آشكار ساختن موئون ها استفاده مى كند. قسمتى از آشكارساز CMS  از بلورهايى تشكيل مى شود. هنگامى كه الكترون ها و فوتون ها داخل آن مى شوند، نور مى  دهند يا چشمك مى زنند. چنين بلورهايى را بسيار دشوار مى توان درست كرد و CMS  از تجربه اى كه آزمايش هاى اخير L3 در CERN   كسب كرده است، كه آن هم از بلورها استفاده كرده، بهره مند مى شود.

(آشكارساز L3 ) يكى از چهار آشكارسازى بود كه از سال ۱۹۸۹ تا سال ۲۰۰۰ در تصادم گر LEP  به كار رفت و با انجام بررسى هاى موشكافانه نيروى ضعيف آشكار ساخت. كه دقيقاً سه گونه نوترينوى با جرم صفر يا كم جرم وجود دارد) پيش از L3 چنين بلورهايى فقط در مقادير اندك ساخته شده بودند، ليكن L3  يازده هزار تا از آنها را نياز داشت. مشابه اين بلورها كه براى L3  ساخته شد در ابزارهاى تصويرسازى پزشكى بسيار مورد استفاده قرار گرفته اند. بلورهاى برتر CMS  در زمان مقتضى احتمالاً حتى تاثير عظيم ترى در حوزه پزشكى خواهند داشت.

 ALICE (يك آزمايش بزرگ تصادم گريونى) آزمايش تخصصى ترى است و هنگامى كه LHC هسته هاى سرب با انرژى بسيار زياد TeV۱۵۰/۱ را به يكديگر تصادم مى دهد، اين فرصت را پيدا مى كنيم تا توانايى هايش را به نمايش بگذارد.انتظار مى رود كه اين انرژى بيش از ۴۰۰ پروتون و نوترون را در هسته هاى تصادم كننده گداخته كند و با اين وصف كوارك ها و گلوئون هاى آنها را آزاد مى سازد تا گويچه اى از پلاسماى كوارك- گلوئون تشكيل دهند

(QGP)  كه حدود ۱۰ هزارم ثانيه پس از انفجار بزرگ بر جهان حكمفرما بود.  ALICE  به دوره آهن رباى آزمايش L3 نصب شده و مجهز به آشكارسازهاى نوينى است كه براى بررسى QGP  بهينه شده اند. شاهدهاى بسيارى وجود دارد كه آزمايش ها در CERN قبلاً پلاسماى كوارك- گلوئون را توليد كرده اند.

 

 

 

 

طى سال هاى آينده تصادم گريونى سنگين نسبيتى (RHIC)  متعلق به آزمايشگاه ملى بروكهاون با ۱۰ برابر كردن انرژى ها برخورد به ازاى هر هسته از انرژى نسبت به كار مشابه CERN  بخت خوبى براى مطالعه تفصيلى QGP   دارد. LHC  يك بار ديگر انرژى را ۳۰ برابر افزايش مى  دهد و در نتيجه بررسى هاى مزبور را وسعت بيشترى خواهد بخشيد. انرژى بالاتر در LHC برد گوناگون تر آزمايش ها در RHIC  را تكميل خواهد كرد و در نتيجه مقدمات بررسى جامعى از يك مرحله مهم در تكامل اوليه كيهان را به وجود خواهد آورد. مزون هاى B  يعنى موضوع بررسى هاى LHCb  مى تواند در پاسخگويى به اين پرسش كه چرا كيهان به جاى مقادير يكسان ماده و پادماده از ماده ساخته شده است به ما كمك كند. چنين عدم تعادلى تنها در صورتى مى تواند به وقوع بپيوندد كه كوارك ها و ضدكوارك ها با آهنگ هاى متفاوتى به خويشاوندان سبك ترشان واپاشى كنند.مدل استاندارد مى تواند اين پديده را كه نقض CP  ناميده مى شود، توجيه كند، ليكن احتمالاً نه آنقدر كافى كه بتواند به طور كامل براى غلبه ماده در جهان توضيحى فراهم نمايد. 

فيزيكدان ها تخطى از CP  را در واپاشى كوارك هاى شگفت در دهه ۱۹۶۰ مشاهده كردند ولى داده گيرى از كوارك ها و ضدكوارك هاى پايين سنگين يعنى سنگ بناهاى مزون هاى B  نيز براى آنكه معين كند آيا توصيف مدل استاندارد صحيح است يا خير، مورد نياز است. در سال ۱۹۹۹ در دو كارخانه B  در كاليفرنيا و ژاپن آزمايش هايى شروع شد كه مى توانند ده ها ميليون مزون B  در سال توليد كنند. اين آزمايش ها تخطى از CP را كه مدل استاندارد آن را پيشگويى كرده است در مد واپاشى مزون B مشاهده كرده  اند.

درخشش زياد باريكه هاى LHC قادر است در عرض يك سال يك تريليون مزون B را براى LHC توليد كند. در نتيجه بررسى هاى بسيار و تفصيلى ترى در گستره شرايط وسيع تر را مجاز خواهد كرد و شايد از مدهاى واپاشى خارجى بحرانى اى پرده بردارد كه نادرتر از آنند كه كارخانه هاى ديگر به وضوح آنها را ببينند.

 

 آزمايشگاهى براى دنيا

آزمايش هاى علمى اى كه به اندازه پروژه LHC جاه طلبانه اند، براى يك كشور واحد بسيار گران تمام مى شوند و در نتيجه انجام آنها چندان دلپذير نيست. مسلماً همكارى بين المللى همواره در فيزيك ذرات نقش مهمى داشته است؛ دانشمندان به هر جايى كه مناسب ترين تجهيزات براى علايق پژوهشى آنها قرار گرفته باشد، اقبال نشان مى دهند. همانطور كه آشكارسازها بزرگ تر و هزينه بردارتر شده اند، اندازه و پراكندگى جغرافيايى همكارى علمى اى كه آنها را ساخته نيز رشد يافته است. (نياز به تسهيل مراودات و مكاتبات بين همكاران در LEP  بود كه انگيزه اى براى اختراع شبكه جهان گستر (Word Wide Web)  توسط تيم برنرز لى (Tim Berners Lee)  در سرن شد. شتاب دهنده LHC  در ابتدا تنها از ۱۹ دولت اروپايى عضو آن زمان سرن بودجه دريافت مى كرد. خوشبختانه بودجه هاى ديگرى از كشورهاى ديگر (كه ۴۰ درصدى از خرج LHC   را فراهم خواهد كرد)، پروژه را سرعت مى بخشد.

كانادا، هندوستان، اسرائيل، ژاپن، روسيه و ايالات متحده موافقت شان را براى تشريك مساعى در زمينه پول و نيروى كار ابراز داشته اند. به عنوان مثال آزمايشگاه KEK   متعلق به ژاپن ۱۶ آهن رباى متمركزكننده ويژه را تامين خواهد كرد. ايالات متحده با بيش از ۵۵۰ دانشمند كه از قبل درگير كار بوده اند، بزرگترين گروه ملى را تدارك خواهد ديد. بروكهاون، فرمى لب و آزمايشگاه ملى لورنس بركلى طراحى و ساخت اجزاى گوناگون شتاب دهنده را بر عهده خواهند گرفت.
علاوه بر اين پنج هزار دانشمند و مهندس از بيش از ۳۰۰ دانشگاه و موسسه پژوهشى از ۵۰ كشور در شش قاره در حال ساختن ATLAS و آشكارسازهاى CMS هستند. هرگاه كه امكان داشته باشد، اجزاى تشكيل  دهنده شتاب  دهنده در موسسه هاى شركت كننده و نزد يكى از دانشجويان (كه با كار بر روى چنين پروژه هايى آموزش هاى عالى اى كسب مى كنند) و با تشريك مساعى صنايع محلى ساخته خواهد شد. تحليل داده ها نيز بين دانشمندان و پژوهشگران گسترش مى يابد.

در حالى كه بايد مردم سالارى و آزادى قوه هاى ابتكار علمى كه لازمه شكوفايى و باليدن پژوهش  علمى است، حفظ شود مديريت اين پروژه ها و تهيه تجهيزات فنى به رغم كم پولى و برنامه هاى زمانى فشرده چالشى عظيم خواهد بود. تاكنون سرن در درجه اول آزمايشگاهى اروپايى بوده است. قرار است كه اين آزمايشگاه به همراه  LHC به آزمايشگاهى براى كل دنيا تبديل شود. هفت هزار استفاده كننده قبلى آن بيش از نصف فيزيكدانان ذرات بنيادى تجربى كار تمامى دنيا است.در سال ۱۹۹۴ جان پيچلز پسر، مدير وقت فرمى لب به زيبايى اين مطلب را خلاصه كرده است: سرن به مدت ۴۰ سال نمايش زنده اى از قدرت همكارى بين المللى به منظور پيشبرد دانش بشرى به دنيا ارائه داده است. باشد كه ۴۰ سال آتى سرن نه تنها درك نوينى از جهان ما بلكه سطوح جديدى از تفاهم بين ملت ها فراهم آورد.
Scientific American,Jul.2000
 

 

مدل استاندارد

 

 

مدل استاندارد فيزيك ذرات بيانگر دانش ما از ذرات بنيادى است. فيزيك ذرات بنيادى فيزيك ذرات مادى و ذراتى است كه انتقال دهنده نيرو هستند. به عنوان مثال نيروى الكترومغناطيسى بين يك پروتون و يك الكترون توسط فوتون ها (ذرات نور) با رفت و برگشت بين اين دو ذره، به وجود مى آيد.ذرات ماده در سه خانواده چهارتايى جاى مى گيرند كه تفاوت خانواده ها با يكديگر تنها در جرم آنها است. تمام مواد اطراف ما از ذراتى تشكيل شده است كه از سبك وزن ترين خانواده است. اين ذرات عبارتند از كوارك هاى بالا، كوارك هاى پايين، الكترون ها و نوترينوهاى الكترونى. دو خانواده ذرات مادى ديگر تنها پس از خلق در برخوردهاى انرژى زياد به طور ناپايدار وجود دارند. (هرچند نوترينوها عمر طولانى دارند.) كوارك ها به وسيله نيروى قوى كه توسط گلوئون ها حمل مى شود، به يكديگر متصل مى شوند تا هادرون ها را تشكيل دهند. پروتون ها و نوترون ها كه هسته هاى اتمى را مى سازند، از آن دسته اند. الكترون ها به وسيله نيروى الكترومغناطيسى به اين هسته ها جذب شده و بعد هسته ها به گردش درمى آيند تا اتم ها و مولكول ها را تشكيل دهند. برهمكنش ضعيف كه به وسيله ذرات W و Z حمل مى شود عامل تامين انرژى خورشيد، عامل واپاشى هسته اتم ها و گسيل يك الكترون و يك نوترينو است. گرانش، ضعيف ترين نيرو و آشناترين برهمكنش براى ما است چرا كه بر جرم اثر مى كند. فرض بر اين است كه ذراتى موسوم به گراويتون ها حامل برهمكنش گرانشى هستند، ليكن اين ذرات به دليل ضعيف بودن بيش از حد نيرو، آشكار نشده اند. همچنين، گراويتون ها هنوز به طرز مناسبى با مدل استاندارد تلفيق نشده اند. تمام سيستم ماده و نيروها (به استثناى گرانش) در چند معادله ساده خلاصه مى شود كه از يك تابع (لاگرانژى سيستم) استخراج و حول يك اصل مركزى، موسوم به تقارن پيمانه اى موضعى، سازماندهى مى شود. اينكه چرا طبيعت سه خانواده از ماده را داراست تنها يكى از پرسش هاى بسيارى است كه مدل استاندارد آن را بى پاسخ گذاشته است. مدل استاندارد، كه يكى از دستاوردهاى نظرى بزرگ علم قرن بيستم محسوب مى شود، تنها مى تواند سرآغازى باشد براى توصيف كامل تر نيروهاى طبيعت.

 

 

دانشنامه شرق


 

 

 

 

عنوان مطالب

2 - انواع برهم كنش ها

 تشكيل جرم

1 - رنگ ها و طعم ها

نگاهى به مدل استاندارد ذرات بنيادى

4 - پادماده كيهانى

سفير پادجهان ها يا ميراث برخوردها

3 - كشف كوارك سر

يافتن ششمين كوارك

6 - مدل استاندارد

 سه نيرو از چهار نيروى را توضيح مى دهد

5 - ابرتصادم گر هادرونى

شتاب دهنده  با انرژى و پيچيدگى بى نظير

8 -  ادامه  ذرات بنيادى

آزمايشگاه هاى چرخان

7 -  آن سوى مدل استاندارد

سپيده دم فيزيك

10 - سنت شكنان

واژگون كردن غول

نه - در جست وجوى نقض نسبيت     

در جست وجوى نقض اصول فيزيكى

  

 

 

 

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

آخرین مقالات


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LEIBNITZ'S MONADS & JAVADI'S CPH

General Science Journal

World Science Database

Hadronic Journal

National Research Council Canada

Journal of Nuclear and Particle Physics

Scientific Journal of Pure and Applied Science

Sub quantum space and interactions from photon to fermions and bosons

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آرشیو موضوعی

اختر فیزیک

اجتماعی

الکترومغناطیس

بوزونها

ترمودینامیک

ذرات زیر اتمی

زندگی نامه ها

کامپیوتر و اینترنت

فیزیک عمومی

فیزیک کلاسیک

فلسفه فیزیک

مکانیک کوانتوم

فناوری نانو

نسبیت

ریسمانها

سی پی اچ

 فیزیک از آغاز تا امروز

زندگی نامه

از آغاز کودکی به پدیده های فیزیکی و قوانین حاکم بر جهان هستی کنجکاو بودم. از همان زمان دو کمیت زمان و انرژی بیش از همه برایم مبهم بود. می خواستم بدانم ماهیت زمان چیست و ماهیت انرژی چیست؟


 

 

free hit counters

Copyright 2013 CPH Theory

Last modified 12/22/2013