در پست قبلی نوشته بودم که می‌خواهم در مورد LHC مطلبی ارسال کنم. اما مهرداد پیش‌دستی کرد و چند خطی نوشت. حال تا کیوان فرصت کند و توضیح کاملتر بدهد، من اندکی بیشتر در این مورد می‌نویسم.
ابتدا توضیح بدهم که CERN نام شتابدهنده مورد نظر نیست بلکه نام مرکز تحقیقات اروپایی فیزیک هسته‌ای است. CERN در سال ۱۹۵۴ تاسیس شده. امروزه بیشتر تحقیقات آن در مورد فیزیک ذرات بنیادی است. محل آن در شهر ژنو در کشور سوییس است. از آنجایی که آزمایشگاه‌های CERN فوق‌العاده بزرگ هستد و ژنو هم در نزدیکی مرز سوییس و فرانسه است، برخی از آنها در خاک سوییس و برخی در خاک فرانسه هستند. بعضی از آزمایشگاه‌ها و تاسسیات آنقدر بزرگ هستند که خط مرزی از میان آنها می‌گذرد که البته این با روح چند ملیتی بودن CERN سازگار است. تحقیقات CERN به عنوان قلب فیزیک اروپا، برنده چندین جایزه نوبل شده است و همچنین منشاء تکنولوژی‌های فراوانی بوده است که همه ما با آنها آشنا هستیم و مرتب استفاده می‌کنیم. مثلا «وب» در CERN بوجود آمد. بودجه عادی CERN، سوای پروژه‌های بسیار بزرگ اروپایی، کمی بیشتر از یک میلیارد فرانک سویس در سال است (در حال حاضر فرانک سوییس و دلار آمریکا ارزشی تقریبا برابر دارند) که تمامی آن توسط کشورهای اروپایی عضو تامین می‌شوند. بیشتر فیزیک‌دانانی که در CERN کار می‌کنند از کشورهای اروپایی هستند (بالای ۸۰٪) ولی تمامی پرسنل دیگر از جمله مهندسین فقط از کشورهای اروپایی عضو هستند.
برگردیم به LHC. همانطور که اشاره کردم LHC یک شتابده ذرات بنیادی است. شتابده در واقع یک دایره بسیار بزرگ است که در آن ذرات باردار مانند پروتون‌های به کمک امواج الکترومغناطیسی بسیار قدرتمند شتاب گرفته و به سرعت‌های خیلی بالا تا حد ۹۹.۹۹۹٪ سرعت نور می‌رسند. این ذرات سپس با یکدیگر یا با مواد دیگر برخورد داده می‌شوند و سنجشگرهای خاصی لحظات برخورد را ثبت می‌کنند. به کمک این روش می‌توان ذرات بنیادی را که در لحظات برخورد پدیدار می‌شوند، ثبت کرد. در حال حاضر تعداد زیادی ذرات بنیادی در فیزیک شناخته شده‌اند. این ذرات را می‌توان به دو گروه بوزون‌ها و فرومیون‌ها تقسیم کرد. ۱۲ نوع فرمیون و ضد‌ماده‌های متناظر آنها ذرات بنیادی تشکیل دهنده ماده هستند و بوزون‌ها مربوط به نیروهای بنیادی هستند.
تا به امروز، به جز دو مورد، بوزون‌های مربوط به تمامی نیروهای بنیادی شناخته شده‌اند: بوزون هیگز و گراویتن‌ها که مربوط به میدان گرانشی هستند. وجود هیگز توسط مدل استاندارد ذرات بنیادی پیش‌بینی می‌شود ولی هنوز در آزمایشها مشاهده نشده است. هیگز بوزونی است که سازوکاری برای جرم‌دار شدن ذرات فراهم می‌کند.
ماموریت اصلی شتابده LHC کشف آزمایشگاهی ذره هیگز است. LHC بزرگترین شتابده ذرات بنیادی جهان است. این شتابده به شکل تونلی دایره‌ای با محیط ۲۷ کیلومتر، به ضخامت حدود چهار متر (در برخی جاها بیشتر, تا ۴۰ متر!) و در عمق بین ۵۰ تا ۱۷۵ متری زیر زمین است. در ساخت آن از بیش از ۱۶۰۰ آهنربای الکتریکی که از فوق‌هادی‌هایی که به کمک ۹۶ تن هلیوم مایع در دمای کمتر از ۲ درجه کلوین نگه‌داری می‌شوند، استفاده شده است. شش سنشگر فوق بزرگ، سازه‌های غول‌پیکری با وزن متجاوز از ۱۲۰۰۰ تن که هرکدام حاصل کار چند هزار دانشمند بوده‌اند، ذرات حاصل در آزمایشها را ثبت می‌کنند. این سنجشگرها در مجموع ۳۰۰ گیگابیت در ثانیه داده تولید می‌کنند و در هر سال لازم است بیش از ۱۵ پتابایت (۱۵ میلیون گیگابایت!) داده تولید شده، ذخیره شود. از آنجایی که هزاران دانشمند از ۳۳ کشور لازم است به این داده‌ها دسترسی داشته باشند، یکی از بزرگترین توری (grid) کامپیتری دنیا برای ثبت این حجم داده به نام LCG بوجود آمده است.
از نظر فنی، LHC بزرگترین وسیله آزمایشگاهی است که بشر در طول تاریخ ساخته است. این شتابده حاصل تلاش بیش از ۹۰۰۰ دانشمند از ۸۰ ملیت مختلف و در مدت ۲۰ سال بوده است. هزینه ساخت تا کنون از ۸ میلیارد فرانک سوییس گذشته است. برخی تحلیل‌گران می‌گویند با به راه افتادن LHC به زودی مرکز فیزیک دنیا از آمریکا به اروپا منتقل خواهد شد. با توجه به اینکه سالهاست کار بر روی ساخت شتابده‌های بزرگ در آمریکا تعطیل شده، این ادعا چندان عجیب نیست.
اگر مایل هستید که کمی بیشتر در مورد این پروژه عظیم بدانید، این ویدئوی عالی به زبان ساده از برایان کاکس را از دست ندهید. در این صفحه هم می‌توانید عکس‌های جالبی از این آزمایشگاه شگفت‌انگیز را ببینید.
آخرین نکته اینکه اگر ذرات هیگز در این آزمایش کشف شوند استفان هاوکینز، دانشمند معروف، ۱۰۰ دلار ضرر خواهد کرد!
۹ نظر:
تیتر امروز صبح یکی از روزنامه های انگلیس این بود:
"اگر وقتی این متن را می خوانید ساعت 8:31 است، پس آزمایش به درستی انجام شده است" (می شود 12:01 به وقت تهران)
ظاهرا بعضی از فیزیک دانان پیشنهاد کرده اند که ممکن است آزمایش باعث به وجود آمدن سیاه چاله های (black hole) کوچکی شود و خطرناک باشد.
همین الان BBC یک مصاحبه با هاوکینگز (تنها فیزیکدان ستاره celebrity!!) داشت که می گفت مردم مطمئن باشند آزمایش خطری ندارد.
فرشادجان تا جایی که من می‌دانم این قضیه زاده تخیلات روزنامه‌چی‌ها بوده و نه فیزیک‌دانان و در طی ماه‌های گذشته بارها این قضیه رد شده.
آرش جان من هم فکر کنم حق با توست، با این تبصره که روزنامه چی ها احتمالا چیزی در نوشته فیزیک دانها دیده اند، آن را نفهمیده اند و اشتباه تعبیر کرده اند. مثلا این از همان مصاحبه با هاوکینگ است که خودت لینکش را گذاشته ای:
Scientists have spoken, if cautiously, of the experiments at Cern venturing into realms long regarded as those of speculative science fiction - multiple universes, parallel worlds, black holes in space linking different levels of existence.
با سلام، نوشته‌ی ِ آرش بسیار کامل بود. ضمن ِ تشکر از آرش فقط به چند نکته اشاره می‌کنم:
۱. BOSON را در نوشته‌های ِ فارسی معمولاً «بوزون» می‌نویسند نه «بوسان». این کلمه از نام ِ Satyendra Nath Bose فیزیکدان ِ هندی گرفته شده است.
۲. برای ِ شتاب دادن به ذرات از میدان ِ الکتریکی استفاده نمی‌شود. در واقع استفاده از میدان ِ الکتریکی به تنهایی اصلاً مقرون به صرفه نیست. برای ِ این کا ر از میدان ِ الکترومغناطیسی استفاده می‌شود. به بیان ِ ساده ذرات را به شکل ِ خاصی سوار ِ نوعی از موج ِ الکترومغناطیسی می‌کنند. ذرات تقریباً به سرعت ِ نور می‌رسند.
۳. تا جایی که من می‌دانم قرار است در LHC فقط پروتون را با پروتون برخورد دهند.
۴. «ضدماده»های ِ متناظر با فرمیون‌ها نقشی در تشکیل ِ مواد در دنیایی که ما مشاهده می‌کنیم ندارند. توجه کنید که «ضد ماده» با «پادذره» فرق دارد. مثلاً پوزیترون (ذره‌ای که کاملاً مثل الکترون است با این تفاوت که بارش مثبت است) پادذره‌ی ٍ الکترون است ولی ضدماده نیست.
۵. «تا به امروز، بوسان‌های مربوط به تمامی نیروهای بنیادی شناخته شده‌اند»
گرانش (جاذبه) یک نیروی ِ بنیادی است ولی بوزون ِ مربوط به آن که گراویتون نامیده می‌شود تا کنون مشاهده نشده است.
۶. «بوسان هیگز ذره‌ای است که به هر ذره بنیادی که دارای آن است خاصیتی می‌دهد که ما آنرا جرم می‌نامیم.»
هیچ ذره‌ی‌ِ بنیادی‌ای «دارای ِ بوزون ِ هیگز» نیست. در واقع هیگز بوزونی است که سازوکار (مکانیسم)ی برای ِ جرم‌دار شدن ِ ذرات فراهم می‌کند (از طریق ِ شکست ِ تقارن) ولی سازوکار ِ هیگز تنها سازوکار ِ تولید کننده‌ی ِ جرم (در نظریه‌ها) نیست. برای اطلاعات ِ بیشتر می‌توانید به مقاله‌های ِ فرانک ویلچک که در سال ِ ۲۰۰۴ برنده‌ی ِ نوبل ِ فیزیک شده مراجعه کنید: ۱ و ۲ .
۷. «این شتابده حاصل تلاش بیش از ۹۰۰۰ دانشمند از ۸۰ ملیت مختلف و در مدت ۲۰ سال بوده است»
ایران هم نقش ِ کوچکی در LHC داشته است، توسط ِ شرکت ِ هپکو.
یادم رفت بگویم که محیط ِ LHC بیست‌وهفت کیلومتر است نه قطرش.
کیوان‌جان تشکر از این که اشتباهات نوشته من را تصحیح کردی. یک نکته دیگر را هم خودم تصحیح کنم: نوشته‌ام قطر ۲۷ کیلومتر که درست آن محیط ۲۷ کیلومتر است.
کیوان‌جان شنیده‌ام از اهداف دیگر LHC انجام آزمایش‌هایی است که مربوط به ابرتقارن است. فکر می‌کنم که تو هم در این زمینه کار می‌کنی. آیا می‌توانی کمی توضیح دهی این آزمایشها چه هستند و چه اهمیتی دارند؟
اصل نوشته را کمی دست‌کاری کردم تا اشتباهاتی که کیوان گوشزد کرده، درست شوند.
راستی، می‌دانستید که باز‌دید از LHC آزاد است (حتی با پاسپورت ایرانی!!) و عکس‌برداری از تمام آن هم ایرادی ندارد؟ اگر گذارتان به ژنو افتاد، سری بزنید!البته چون بخشی از آن در خاک فرانسه است، هم به ویزای سوییس احتیاج دارید هم به ویزای شنگن.
I would like to add 10 dollar to Hawking's bet :) -Yek Esfahani
ارسال یک نظر