بوزون هیگز

ژانویه 11, 2018 ماهنامه سوم

تاکنون درباره ی بوزون هیگز یا ذره ی خدا شنیده اید .

کشف «بوزون هیگز»یا همان «ذره خدا» توسط محققان مرکز پژوهش های هسته ای سِرن سوییس، سر و صدای زیادی در دنیای علم و دانش به پا کرد.سال ۱۴ مارس ۲۰۱۳ ، ۲۴اسفند ۱۳۹۱که «ال.اچ.سی»، شتاب دهنده مستقر در این مرکز، (در فارسی به «برخورد دهنده هادرونی بزرگ» معروف است) دنیا را مبهوت خود کرد و احتمالا برای اولین بار در تاریخ، ذره ای کوچک را به شهرتی جهانی رساند.ذره بسیار خاصی که به ما کمک می کند بفهمیم ذره های بنیادی دیگری نظیرالکترونها…. که جزئی از زندگی روزانه ما هستند و همگی با آنها آشناییم…، چگونه دارای جِرم می شوند.

در این پژوهش بالغ بر3000 دانش پيشه و مهندس، از بيش از 35 كشور و 150 دانشگاه و موسسه تحقيقاتي است كه با اين آزمايش در مراحل مختلف همكاريداشته اند.

فيزيكپيشگان و صنعتگران ايراني نيز از طريق پژوهشكده ذرات و شتابگرها در پژوهشگاه دانشهاي بنيادي (IPM) در اين آزمايش

مشاركت كردهاند. اين همكاري در مراحل مختلفي از ساخت بخشي از آشكارساز، آزمون عملكرد انرژيسنجها، ثبت داده هاي حاصل از

برخورد و تأييد كيفيت داده ها از ديدگاه فيزيكي، پالايش داده ها، اعمال تصحيحات لازم با توجه به ويژگيهاي آشكارساز و شرايط برخورد

پروتونها و در نهايت تحليل دادههاي حاصل از برخورد و اعلام نتايج فيزيكي صورت گرفته است. و حال بر آنیم که با دکتر سعید پاک طینت (یزدی ) یکی از سه دانشمند ایرانی عضو گروه راه اندازی بزرگترین شتابدهنده ذرات در مرز سوئیس و فرانسه  آشنا شویم و در مورد این پژوهش بیشتر بدانیم

 

 دكتر سعيد پاك طينت یکی از فرزندان استان کویری یزد ، فارغ‌التحصيل فيزيك شريف و عضو تيم آزمايش CMS در LHC است كه مهم‌ترين آزمايش براي پيداكردن ذره هيگز است و  از طرف پایگاه استنادی طلایه داران علم تامسون رویترز، در زمره یک درصد برتر دانشمندان و نخبگان علمی جهان قرار گرفت.

برای کشف هسته اتم، لرد رادرفورد، در دهه اول قرن بیستم دستگاهی ساخت که در آن ذرات باردار را در میدان الکتریکی قرار داد.

این ذرات شتاب گرفتند و به ورقه نازکی از طلا کوبیده شدند و مشخص شد که تمام جرم اتم‌های طلا در مرکز آن قرار دارد و به این‌ترتیب، هسته اتم کشف شد. اسم این دستگاه را شتاب‌دهنده گذاشتند.

از آن زمان تا حالا، شتاب‌دهنده‌ها ذرات زیراتمی زیادی را کشف کرده‌اند. برای آزمایش‌های خیلی بزرگ، نیاز هست که ذراتی که شتاب می‌گیرند به سرعت‌های بسیار بالایی در حدود سرعت نور برسند.

برای ذرات سنگین‌تر از الکترون رسیدن به چنین سرعتی در یک مسیر صاف، خیلی به صرفه نیست. برای همین شتاب‌دهنده‌ها را به صورت دایره‌های بزرگی می‌سازند.

ذره هیگز در دهه ۱۹۷۰ به افتخار فیزیکدان انگلیسى پیتر هیگز نامگذارى شده. طبیعت را 4 نیروی بنیادی می‌گردانند که عبارت‌اند از: گرانش، الکترومغناطیس، هسته‌اى ضعیف و هسته‌اى قوی. فیزیکدانان سال‌هاست دنبال نظریه‌ای می‌گردند که این 4 نیرو را در قالب یک نیرو توجیه کند.

در نظریه، ذره هیگز، نیروی الکترومغناطیس و نیروی ضعیف هسته‌اى را به هم پیوند مى‌زند و یکى مى‌سازد.برای پیداکردن ذره هیگز باید شتاب‌دهنده‌ای داشته‌باشیم که بتواند به ذرات انرژی زیادی بدهد که آنها پس از برخورد با هم بتوانند هیگز را آشکار کنند.

شتاب‌دهنده‌های فعلی قادر به تولید این میزان انرژی نیستند (غیر از تواترون در آمریکا). برای همین از سال 2000 شتاب‌دهنده LEP در سرن تعطیل شد تا در آن تجهیزات جدیدی قرارداده شود و شتاب‌دهنده بزرگ‌تری ساخته شود. این شتاب‌دهنده، «برخورددهنده بزرگ هادرونی» یا به اختصار LHC نامیده می‌شود.

این آزمایشگاه در نزدیکی شهر ژنو؛ در مرز سوییس و فرانسه در زیر زمین در حال احداث است. در این آزمایشگاه، پروتون‌ها، در یک تونل ۲۶کیلومتری شتاب گرفته و به اندازه ۱۴تریلیون الکترون ولت انرژی می‌گیرند و به هم برخورد می‌کنند تا این برخورد، ردی از هیگز را به ما نشان دهد. LHC مراحل پایانی خود را می‌گذراند.

هفته پیش، یکی از قسمت‌های اصلی LHC که سازه‌ای بسیار عظیم بود، به محل اصلی‌اش در تونل منتقل شد. این عملیات بسیار وقت‌گیر و حیاتی بود به طوری که بعد از آن می‌توان گفت که قسمت‌های اصلی LHC آماده شده است. جالب است بدانید که کشورمان هم در این پروژه همکاری دارد.

دکتر حسام ارفعی، استاد دانشگاه صنعتی شریف و تعدادی از همکاران و دانشجویانشان در این پروژه همکاری دارند. به این بهانه با یکی از فیزیکدانان جوان کشورمان که عضو تیم EP در پروژه LHC است به گفت‌وگو نشسته‌ایم.

دکتر سعید پاک طینت، فارغ‌التحصیل فیزیک شریف و عضو تیم آزمایش CMS در LHC است که مهم‌ترین آزمایش برای پیداکردن ذره هیگز است.
هفته گذشته یکی از قسمت‌های مهم LHC نصب شد. این قطعه چه چیزی است و به چه دردی می‌خورد؟

این یکی از قسمت‌های اصلی سولنوئید آزمایش CMS بود که به سالن اصلی که برای آن در نظر گرفته بودند منتقل شد. CMS یکی از 2 تا آزمایش اصلی این آزمایشگاه هست. آزمایش دیگر اسمش ATLAS است.

این قطعه خیلی بزرگ بود و انتقالش بسیار مشکل بود. چرا آن را در همان جا نساختید؟

می‌خواستند هم‌زمان هم تالار اصلی را بسازند و هم قطعه‌های اصلی آزمایش CMS را. برای همین آنها را روی زمین، قطعه‌قطعه ساختند و بعد به آزمایشگاه منتقل کردند.

CMS چند قطعه هست؟

15 قطعه اصلی که به 100 متری زیرزمین منتقل شود.

این قطعه ظاهراً خیلی اهمیت حیاتی برای این آزمایش دارد.

بله. این قسمت مرکزی CMS است که یک مغناطیس ابررسانایی و یک ردیاب برای دنبال کردن مسیر ذرات بنیادی و یک گرماسنج الکترومغناطیسی در آن قرار می‌گیرد.

برنامه CMS کی اجرا می‌شود؟

قرار است که در اکتبر 2007 یعنی 10 مهر امسال LHC شروع کند به برخورد دادن ذرات با هم و داده‌ها استخراج شود. اما این راه‌اندازی آزمایشی است و می‌خواهیم ببینم که دستگاه کار می‌کند یا نه.

برنامه اصلی برای پیدا کردن هیگزکی اجرا می‌شود؟

داده فیزیکی که ما انتظار داریم، اواسط سال 2008 به دست می‌آید.

این تاریخ برای هر دو تا آزمایش هست؟ هم ATLAS و هم CMS؟

بله این دو تا آزمایش باید هم زمان انجام شود. این آشکارسازها انواع ذرات را همزمان آشکار می‌کنند. منتها ساختار آنها با هم فرق دارد. برای همین همزمان 2 تا آزمایش با دو تا تکنولوژی متفاوت با هم انجام می‌شود تا اگر یکی از این آشکارسازها این ذرات را کشف کرد، دیگری هم نتیجه را تایید کند. فقط هیگز و ابرتقارن هم نیست. اگر نظریه ریسمان علامتی در انرژی‌های پایین داشته باشد، می‌توان آن را در اینجا دید.

غیر از این 2 تا، 2 آزمایش دیگر هم در LHC هست.

کلاً 4 آزمایش هست. غیر از ATLAS و CMS دوتای دیگر هست LHCb ودیگری ALICE که اولی قرار است به شکست تقارن نگاه کند و دومی به نتیجه برخورد یون‌های سنگین می‌پردازد. یعنی هسته‌های طلا یا سرب را به هم می‌کوبند و نتیجه را مطالعه می‌کند.

نتیجه چنین برخوردی چیست؟

اثر برخورد،توده‌ای از کوراک و گلوئون است که به آن کوراک – گلوئون پلاسما می‌گویند. در آزمایش ALICE این را بررسی می‌کنند.

می‌شود گفت که LHC بزرگترین آزمایش علمی تمام تاریخ بوده؟ از لحاظ حجم نیرو، هزینه و اندازه؟

[خنده] خوب ما که نمی‌توانیم چنین حرفی بزنیم چون ممکن است یکی دیگر در جایی دیگر ادعا کند که آزمایش من مهمتر است. الان سؤال مهم در فیزیک ذرات بنیادی، پیدا کردن هیگز است. LHC می‌تواند جواب این سؤال را بدهد.

آن چیزی را که فعلاً ما دنبالش هستیم را پیدا می‌کند. اما این که گفتید بزرگترین آزمایش علمی هست را از استادم نقل قول می‌کنم که…

کی؟

تزیانو کمیروسی، یک فیزیکدان ایتالیایی در سرن. ایشان می‌گفت که پروژه‌LHC قابل مقایسه است با پروژه تونل مانش. از لحاظ عظمت.

چند نفر در این آزمایش همکاری می‌کنند؟

چیزی حدود 4000 فیزیکدان.

کل تیم چند نفر است؟

حدود 10 هزار نفر.

چند تا کشور؟

حدود 40 کشور.

ایران این وسط چی کار می‌کند؟ ظاهراً بعضی از قطعات LHC در کارخانه هپکو تولید شده است.

قرارداد همکاری ایران 2 قسمت است. یکی فرستادن دانشجو برای آزمایش و مطالعه مسائل فیزیکی و قسمت دیگر این بود که ایران باید چیزهایی را برای LHC می‌ساخت.

چیزهایی که ایران ساخت خیلی بزرگ نبودند. اما تا حدودی ظریف بود و نیاز به نظارت خودشان هم بود. چندین بار تیم‌های سرن به ایران آمدند تا به مراحل ساخت این دستگاهها نظارت داشته باشند.

چه بودند؟

یکی‌شان یک میز بود که خیلی دقیق بود و باید بار زیادی را تحمل می‌کرد. و دیگری پوششی بود برای قسمتی از آشکارساز که یکی در کارخانه هپکو ساخته شد و دیگری در تانک‌سازی دورود اصفهان.

نتیجه کار چه بود؟

من در سوئیس بودم که این قطعات رسید. و من از خودشان شنیدم که خیلی خوششان آمده است. اتفاقاً جایزه‌ای هم به هپکو دادند به خاطر کیفیت بالای چیزی که ساخته بودند. یک مهندس هلندی بود که روی ساخت این قطعات نظارت می‌کرد.

این قطعه‌ها هم نارنجی بود. وقتی بهش گفتیم که چرا اینها را رنگ نارنجی زدید، گفت ایرانی‌ها می‌خواستند سبز و سفید و قرمز بزنند اما بالاخره نارنجی شد که رنگ تیم‌ ملی فوتبال ماست!

چند تا ایرانی آنجا هستند؟

3 تا دانشجوی دکترا و استادان اردلان و ارفعی و منصوری که بیشتر مسئولیت‌های مدیریتی دارند. دکتر ارفعی بیشتر دخیل هستند.

تیم LHC می‌تواند با کشف هیگز جایزه نوبل فیزیک را ببرد؟

خوب نوبل یک خورده سیاسی هم هست. سال 1995 کوارک t کشف شد ولی تا حالا جایزه نوبل به آن نداده‌اند.

 

 

 

 

2 Replies to “بوزون هیگز”

  1. کیوان قربانی گفت:

    خوب بود.
    ممنون از زحماتتان.

دیدگاهتان را بنویسید

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