دنیای فیزیک در سال 2014

سال 2013 با اهدای جایزه‌ی نوبل فیزیک به پیتر هیگز و فرانسیس انگلرت به خاطر نظریه‌ی آن‌ها در مورد چگونگی کسب جرم ذرات بنیادی، پایان یافت. اما رخدادهای مهم فیزیک در سال 2014 چه خواهد بود؟ چه کسانی قرار است جوایز این سال را از آن خود کنند؟

آزمایش NA62 در سال 2014 در سرن کلید می‌خورد.

در سرن، فیزیک‌پیشگان و مهندسان همچنان به خاطر جایزه نوبل 2013 خوشحال خواهند بود اما آن ها سخت در تلاش خواهند بود تا برخورددهنده‌ی بزرگ هادرونی(LHC) و آزمایش‌های اصلی آن، ATLAS و CMS را ارتقاء دهند. این برخورددهنده که در ماه فوریه خاموش شده است، اکنون در حال باز آماده سازی است تا این امکان فراهم شود که پروتون‌ها با انرژیی حدود 13 TeV، تقریباً دو برابر مقدار قبلی، بهم برخورد کنند و تا سال 2015 مجدداً شروع بکار خواهد کرد.

اما فعالیت‌های بسیار جدیدی نیز در سرن وجود خواهد داشت. شتاب‌دهنده‌هایی که پروتون‌ها را به سمت LHCهدایت می‌کنند، سینکروترون پروتون (PS) و سوپرسینکروترون پروتون (SPS)، تا نیمه‌ی سال 2014راه‌اندازی خواهند شد و امکان اجرای آزمایش‌های کاملاً جدیدی را در آزمایشگاه ژنو به وجود می‌آورد. یکی از پروژه‌های جدید و جذاب NA62 نام دارد و مانند سایر آزمایش‌های مهم سرن، آن نیز در جستجوی فیزیک جدید است اما در آن از رویکرد کاملاً متفاوتی استفاده می‌شود. به جای به هم‌کوباندن پروتون‌ها به یکدیگر و جستجوی دقیق از میان ذرات بسیاری که با سرعت در تمام جهات در حال حرکت هستند، NA62 در جستجوی «افت‌و‌خیزهای کوانتومی» کوچکی است که در نوع خاصی از واپاشی ذره شکل می‌گیرد.

این آزمایش شامل اندازه‌گیری‌های دقیقی است مبنی بر آنکه چند وقت یکبار، یک مزون K (kaon) با بار مثبت به یک مزون پی (pion) با بار مثبت و یک جفت نوترینو- آنتینوترینو واپاشی می‌کند. این واپاشی ممکن است پیچیده به نظر برسد اما در نوع خود جالب می‌باشد، زیرا شامل ذرات ناشناخته‌ای است که با مدل استاندارد فیزیک ذرات، بهترین درک حال حاضر ما از دنیای زیراتمی، پیش‌بینی نشدهاند اما می‌توانند در این فرایند نقش ایفا ‌کنند. مزون‌های K به واسطه‌ی شلیک پروتون‌ها از SPSبه سمت یک هدف بریلیومی به طول 40 سانتیمتر به وجود می‌آیند که آن باریکه‌ای از تقریباً 800 میلیون ذره‌ی باردار در هر ثانیه ایجاد می‌کند. بیشتر آن‌ها مزون‌های پی و پروتون‌ها هستند اما حدود 6% آن‌ها مزون‌های K مورد نظر می‌باشند.

چون مدل استاندارد ذرات پیش‌بینی می‌کند که دقیقاً با چه سرعتی این مزون‌های K واپاشی می‌کنند، هر گونه تفاوت بین نرخ واپاشی اندازه‌گیری شده و پیش‌بینی شده، وجود ذرات جدیدی همچون ذرات «ابرتقارنی» را که به وسیله‌ی ‌مدل‌های جایگزین فیزیک ذرات، پیش‌بینی می‌شوند، آشکار می‌سازد. تنها مانع و بزرگترین آن، این است که اندازه‌گیری این واپاشیِ نادر آسان نیست. احتمال رخداد آن تنها یک در ده میلیارد است. منتظر انتشار جزئیات بیشتر و یک ویدئو‌ی ویژه در مورد NA62 ازPhysics World باشید.

سرن، پیشگام در دنیای پادماده

NA62 تنها پروژه جدیدی نیست که در سال 2014 در سرن راه‌اندازی می‌شود؛ این سال با دو آزمایش پادماده‌ی دیگر نیز همراه خواهد بود که در هر دو از شتاب‌کاهنده‌ی پادپروتون (AD) موجود در سرن استفاده می‌شود. این وسیله پروتون‌ها را از سینکروترون PS به سمت یک بلوک فلزی شلیک می‌کند تا پادپروتون‌های پرانرژیی را تولید کند که سپس از سرعت‌شان کاسته می‌شود. پادپروتون‌ها باید دوباره از ماه آگوست در دسترس قرار گیرند و یکی از آزمایش‌های جدید AD،AEGIS است که برای اولین بار به طور ویژه‌ای طراحی شده است تا شتاب گرانشی را که پادماده با آن مواجه است، اندازه‌گیری کند. در این آزمایش فاصله‌ی عمودی باریکه‌ای از اتم‌های پادهیدروژن هنگامی که طی یک مسیر افقی خاص سقوط می‌کنند، اندازه‌گیری می‌شود. کوچکترین انحراف آن در مقایسه با چگونگی رفتار ماده معمولی، احتمالاً این راز را که چرا جهان دارای پادماده‌ی بسیار کمی است، آشکار خواهد کرد.

گام موثر دیگرِ شتاب‌کاهنده‌ی AD، BASE است که در آن یک پادپروتون با استفاده از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی به دام خواهد افتاد تا دقیق‌ترین اندازه‌گیری ممکن در مورد گشتاور مغناطیسی آن صورت گیرد. پژوهشگران همچنین اندازه‌گیری‌های مشابهی در مورد پروتون انجام خواهند داد؛ با هر تفاوتی که در تقارن CPTرخ دهد ورای مدل استاندارد به فیزیک نشان داده خواهد شد.

ماه، مریخ و فرای آن‌ها

ماموریت MAVEN یکی از ماموریت‌های علوم فضایی در سال 2014است.

در سال 2014 یک سری از ماموریت‌های جذاب مربوط به علوم فضایی و نجوم نیز به ثمر می‌نشیند. کاوشگر چینی Jade Rabbit که اوایل ماه دسامبر 2013 روی ماه فرود آمده است، سطح و منابع آن را با دقت کاوش می‌کند که شامل نحوه‌ی تشکیل خاک ماه است. در پاییز رویدادها با ماموریت کاوشگر ناسا موسوم به MAVEN که در 22 سپتامبر شروع به گردش به دور سیاره‌‌ی سرخ می‌کند و کاوشگر هندی SROM که دو روز بعد از آن، به آن‌جا می‌رسد جالب‌تر می‌شوند.

ستاره‌شناسان آمریکایی امیدوارند در ماه جولای جایگزین رصدخانه‌ی 270 میلیون دلاری خود، OCO-2، را با موفقیت به فضا پرتاب کند. این ماموریت در سال 2009با شکست مواجه شد و در نتیجه تلاش برای تهیه‌ی نقشه‌های منابع و چاه‌های کربنی زمین بی‌نتیجه ماند. چنین اطلاعاتی برای دانشمندان زیست‌محیطی جهت درک بهتر تغییرات اقلیمی ضروری است.

در سال 2014 آژانس فضایی اروپا (ESA) سال پرکاری را پیش رو دارد. از جمله آنکه داده‌های اولیه‌ی مربوط به ماموریت نقشه‌برداری Gaia در دسترس قرار می‌گیرد و نیز در 24 نوامبر فضاپیمای Rosetta بعد از سفری که بیش از 10 سال طول کشیده است، به دنباله‌دار67P/Churyumov-Gerasimenko خواهد رسید و در صورتی که ارتباط آن‌ها موفقیت‌آمیز باشد، این اولین ماموریتی خواهد بود که فضاپیمایی به دور یک دنباله‌دار می‌چرخد و روی آن فرود می‌آید.

فرای منظومه‌ی شمسی ما، انتظار می‌رود که روند کسب یافته‌های تازه‌ در مورد سیارات فراخورشیدی ادامه یابد. تا آنجا که به مطالعه‌ی کل جهان مربوط می‌شود، فیزیک‌پیشگان سال 2014 را به بررسی داده‌های ماموریت Planck آژانس فضایی اروپا خواهند گذراند. اگرچه به طور رسمی در ماه اکتبر رصد تابش زمینه‌ی کیهانی توسط آن متوقف شد اما مطمئناً گنج اطلاعات آن، اسرار بیشتری از نحوه‌ی شکل‌گیری جهان را آشکار خواهد کرد. منتظر مقاله‌‌ی پیتر کولز (Peter Coles) از دانشگاه ساسکس در این‌ باره در شماره ژانویه‌ی Physics World باشید.

همچنین منتظر اطلاعات بیشتری در مورد ماده‌ی تاریک به‌ واسطه‌ی آشکارساز بزرگ زیرزمینی زنون (LUX)باشید که در عمق 1500 متری تپه‌های سیاه داکوتای جنوبی (South Dakota) ایالات متحده واقع است. گروهLUX اولین داده‌های خود را در ماه اکتبر منتشر می‌کند. اگرچه هیچ نشانی مبنی بر وجود ماده‌ی تاریک دیده نشده است، آن‌ها سال 2014 را صرف بهبود آزمایش‌های خود می‌کنند تا طی 300 روز به دنبال ذرات سنگین با برهمکنش ضعیف (WIMPs) بگردند که کاندیدایی پیشرو برای ماده‌ی تاریک هستند.

گرافین تجاری می‌شود

گرافین راه خود را به سمت استفاده در گوشی‌های هوشمند پیدا می‌کند.

در سال 2014 فیزیک‌پیشگان مانند هرسال به کارهای ملموس‌تری نیز می‌پردازند؛ از فیزیکپزشکی و اپتیک گرفته تا نانوتکنولوژی و نیمه‌رساناها. به طور خاص شاهد خواهیم بود که ورق‌ گرافینی به ضخامت یک اتم کربن، نه تنها قویترین ماده‌ای است که تاکنون کشف شده بلکه می‌تواند جریان الکتریکی را با چگالی‌ای به میزان یک میلیون برابر مس انتقال دهد. پیش‌بینی می‌شود که این ماده اولین بار در صفحه‌های لمسی گوشی‌های هوشمند مورد استفاده قرار می‌گیرد.

روند دیگری که به نظر می‌رسد در سال 2014 شکوفا شود، استفاده از حالت‌های ریدبرگ (Rydberg states) برای ایجاد برهمکنش بین فوتون‌ها در مجموعه‌ای از اتم‌هاست که تا دمایی نزدیک به صفر مطلق خنک شده‌اند. چنین حالت‌هایی مورد استفاده قرار گرفته‌اند تا برای اولین بار مولکول‌هایی از نور ساخته شوند. حالت ریدبرگ زمانی اتفاق می‌افتد که یک فوتون از نور لیزر با اتم‌های فوق سرد برهمکنش می‌کند تا یک الکترون برانگیخته شده و بین 10 یا تعداد بیشتری اتم به اشتراک گذاشته شود.

رویاهای نوبل

چهره‌های مهم فیزیک امسال چه کسانی خواهند بود؟ حدس ما این است که جایزه نوبل به کاری در زمینه‌ی محاسبات کوانتوم اختصاص خواهد یافت و پیش‌بینیPhysics World آن است که شخص مورد نظر، آنتون زیلینگر(Anton Zeilinger) خواهد بود.

هرچند این تاسف‌بار است که تاکنون فقط دو زن برنده‌ی این جایزه شده‌اند، ماری کوری (Marie Curie) در سال1903 و ماری گوپرت‌میر (Marie Goeppert-Mayer) در سال1963، اما بعید به نظر می‌رسد که سومین نفر امسال اضافه شود.

توپ‌های بلوری

سال 2014، سال جهانی بلورشناسی

در نهایت، فیزیک بدون نگاهی دوباره به شکوه گذشته فیزیک نخواهد بود. و مهمترین سالگرد در سال 2014، بزرگداشت بزرگترین فیزیک‌پیشه‌ی آلمانی قرن، ماکس ون لو (Max von Laue)، برنده‌ی جایزه‌ی ‌نوبل در سال 1914به‌ خاطر کشف پراکندگی اشعه‌ی ایکس توسط کریستال است.

پراکندگی اشعه‌ی ایکس، ابزار آزمایشگاهی ارزشمندی است که پژوهشگران را قادر می‌سازد تا ساختار هزاران کریستال را روشن سازند که معروفترین آن‌ها ماهیت مارپیچی دوگانه‌ DNA است. به منظور افزایش آگاهی در این زمینه، سال 2014 از جانب سازمان علمی، فرهنگی و آموزشی سازمان ملل متحد (UNESCO) و اتحادیه‌ی بین‌المللی بلورشناسی، سال بین‌المللی بلورشناسی انتخاب شده است که آغاز مراسم در بیستم و بیست‌و‌یکم ژانویه در مقر یونسکو در پاریس خواهد بود.

منبع: The world of physics in 2014

نقل از وبگاه انجمن فیزیک ایران

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آخرین مقالات