Search

هیچ رازی مخفی نمی ماند حتی رازهای طبیعت

هیچ رازی مخفی نمی ماند حتی رازهای طبیعت

هیچ رازی مخفی نمی ماند حتی رازهای طبیعت

موضوع اصلی رشته فیزیک ذرات، شناسایی و بررسی خواص و ویژگی های ذرات تشکیل دهنده مواد و انواع برهمکنش بین آنهاست. در قرن نوزدهم، نیروی الکترومغناطیس و برهمکنش بین ذرات باردار شناخته شد. به این ترتیب مشخص شد که نیروهای الکتریسته و مغناطیس از یک نوع و در نتیجه قابل تبدیل به هم هستند. در ابتدای قرن بیستم، فیزیک جهش های بزرگی داشت و فیزیک کوآنتوم توانست قواعد مربوط به رفتار ذرات بسیار کوچک را کشف کند. لازم به ذکر است که بسیاری از خواص ذرات ریز سازنده اتم ها و نوع رفتار آنها با خواص و رفتار مواد بزرگ متفاوت است و از قوانین دیگری پیروی می کند که در فیزیک کوآنتوم بررسی می شود. با گذشت زمان، قوانین حاکم بر رفتار ذرات تشکیل دهنده اتم ها شناخته شد. بعدها نیز با گسترش علم فیزیک، دانشمندان به وجود نیروهای دیگری پی بردند که درون هسته اتم ها وجود دارد. یکی از نقش های مهم نیروی الکترومغناطیس این است که الکترون ها را در مدارهایی به دور هسته اتم نگه می دارد، ولی بعدها که علم پیشرفت کرد، دانشمندان توانستند با به کارگیری ابزارهای پیشرفته تر دریابند که درون هسته اتم نیز نیروهای دیگری وجود دارد که ذرات درون هسته اتم را به هم متصل نگه می دارد. این نیروها به دو دسته نیرهای هسته ای قوی و ضعیف تقسیم می شوند. پس با این توضیحات دریافتیم که سه نیروی مهم وجود دارد که عامل برهمکنش بین ذرات تشکیل دهنده مواد است. پس هدف اصلی علم فیزیک ذرات بنیادی این است که کوچک ترین ذرات سازنده اجسام (که خودشان را نمی توان به ذرت دیگری تقسیم کرد)، شناسایی و انواع برهمکنش بین آنها را بررسی کند.

با گسترش علم فیزیک مشخص شد هسته اتم ها از پروتون و نوترون تشکیل شده است و البته خود این ذرات، ذرات بنیادی نیستند به این معنی که خودشان نیز از ذرات کوچک تری تشکیل شده اند. این ذرات کوآرک نام دارند و تاریخ کشف آنها بسیار طولانی و مفصل است. البته خود کوآرک ها به دسته های مختلفی مانند سبک و سنگین تقسیم می شوند. کوآرک های سبک ذراتی هستند که در ساخت پروتون و نوترون نقش دارند. البته می دانیم که کوآرک های سنگین تری هم هستند که در طبیعت نمی توانند به حالت آزاد وجود داشته باشند. یعنی حتما این ذرات باید در کنار هم قرار گیرند تا بتوانند یک پروتون یا یک نوترون را پدید آورند. البته کوآرک های سنگین تری هم هستند که چون انرژی بیشتری دارند، در ذرات موجود در طبیعت دیده نمی شوند. مانند کوآرک تاپ و کوآرک باتم که کوآرک تاپ، یکی از موضوع های تحقیق آقای «رضا گلدوزیان» بود. این کوآرک در حالت عادی در هسته وجود ندارد، ولی وقتی که در آزمایشگاه کار می کنیم، می توانیم این ذره را مشاهده کنیم. این ذره، سنگین ترین ذره ای است که ما می شناسیم.

برای شناسایی و بررسی بهتر خواص این ذرات و چگونگی رفتار آنها در وضعیت های مختلف باید آنقدر انرژی داشته باشیم که هسته و پروتون ها را بشکافیم تا بتوانیم به آن ذرات ریزتر سازنده پروتون ها و نوترون ها دسترسی داشته باشیم. در آزمایشگاه برای آنکه بتوانیم ذرات بنیادی سازنده پروتون ها و نوترون ها را بررسی کنیم، باید انرژی بسیار زیادی به این ذرات دهیم تا به سرعت های بسیار زیادی برسند، سپس این ذرات را به صورت روبه رو با هم برخورد می دهیم تا با انرژی بسیار زیاد با هم برخورد کنند و برهمکنش هایی بین آنها انجام می شود. اگر پروتون ها و نوترون ها دارای ساختار داخلی نبودند، یعنی خودشان از ذرات دیگری تشکیل نشده بودند، برهمکنش های آنها از نوع خاصی بود، اما وقتی که رفتار جدید و برهمکنش های دیگری بین آنها می بینیم به این نتیجه می رسیم که خودشان از اجزای دیگری تشکیل شده اند. هنگام برخورد ذرات پروتون، کوآرک ها با هم برهمکنش می کنند و ممکن است ذرات دیگری پدید آید. برای آنکه بتوان به ساختار داخلی ذرات پی برد لازم است که از شتاب دهنده هایی استفاده کنیم. شتاب دهنده ها دستگاه هایی هستند که بتوانند به این ذرات شتاب دهند و آنها را به سرعت های بسیار زیاد برسانند.

برخورددهنده ها یا کولایدرها نیز از جمله دیگر ابزارهای لازم هستند. کار این دستگاه نیز این است که ذراتی را که شتاب گرفتند و به سرعت های زیاد رسیدند، با یکدیگر برخورد دهد. این دستگاه ها باید دقت و همچنین توان بسیار بالایی داشته باشند. در اثر این برخوردها، ذرات تازه ای پدید می آید که باید آنها را آشکار کرد تا امکان بررسی خواص آنها فراهم آید. بنابراین در محل برخورد باید آشکارسازها یا دتکتورهایی قرار دهیم که این ذرات را تشخیص دهد. برای توضیح بهتر شاید بتوان گفت که آشکارساز همانند یک دوربین عکاسی عمل می کند به این معنی که زمانی که برخوردی صورت می گیرد، آشکارساز عکسی از محصولات تهیه و ذخیره می کند تا بتوان آنها را بعدها مطالعه و بررسی کرد و دریافت این ذرات از چه جنس و نوعی بودند و چه خواصی داشتند. یکی از مهم ترین آشکارسازهایی که در سرن وجود دارد، «سی ام اس» است و جالب آنکه بدانیم ایران نیز در ساخت و بهره برداری از آن نیز نقش داشته است. کار اصلی آشکارساز «سی ام اس» این است که پس از برخورد پروتون ها به یکدیگر، عکسی از محصولات این فرآیند تهیه و ذخیره می کند تا در آینده بتوان آنها را با دقت بررسی کرد. البته باید تاکید کرد که ما برای درک بهتر ماجرا، آشکارساز را به یک دوربین عکاسی تشبیه کردیم، اما واقعیت این است که این آشکارساز، حدود ۱۲هزار تن وزن دارد و می تواند با دقت بسیار زیادی از همه پدیده هایی که در هنگام برخوردها روی می دهد، اطلاعات جمع آوری کند.

دانشمندان شاغل در سرن، همه اطلاعات جمع آوری شده در این آشکارسازها را بررسی کردند و از روی آن یک مدل استاندارد ساختند یعنی یک فرمول بندی کامل از همه چیزهایی که درباره ذرات بنیادی می دانیم، تهیه کردند. با توجه به خواص این ذرات و انواع برهمکنش های بین آنها و قواعد حاکم بر رفتار آنها، مدلی ارایه شد که مدل استاندارد ذرات بنیادی نام گرفت. برای آنکه این مدل از هر لحاظ کامل باشد، به وجود ذره ای به نام ذره هیگز نیاز بود. این ذره خواص بسیار مهمی دارد از جمله اینکه عامل جرم دارشدن ذرات دیگر است. البته آقایان «هیگز» و «انگلرت» پس از پژوهش های بسیار وجود چنین ذره ای را پیشنهاد کردند. اما نکته بسیار مهم این بود که به رغم اهمیت این ذره، در آزمایشگاه و به شکل عملی مشاهده نشده بود، به همین دلیل شتاب د هنده های بزرگ تر، برخورددهنده های بهتر و آشکارسازهای دقیق تری ساختند. دانشمندان از ابتدای دهه ۱۹۸۰ به دنبال آن بودند که چنین ذره ای را در آزمایشگاه مشاهده کنند. سرن نیز از سال ۲۰۰۰ ساخت ابزار تازه ای به نام ال اچ سی را آغاز کرد که به معنای برخورددهنده بزرگ هادرونی است و می تواند پروتون ها را به سرعت هایی نزدیک سرعت نور برساند و آنها را به هم برخورد دهد. این پروتون ها در هر ثانیه، چندمیلیون بار به هم برخورد می کنند و این آشکارسازها هم در هر ثانیه چندمیلیون بار از آنها عکس می گیرد. دانشمندان با بررسی مقدار بسیار زیادی از این اطلاعات درنهایت توانستند به شواهد تجربی لازم برای تایید تجربی این ذره دست یابند که درنهایت نیز جایزه نوبل فیزیک را برای ارایه دهندگان نظریه وجود این ذرات به ارمغان آورد.




پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *