چرا برخورد دهنده بزرگ هادرون مورد نیاز است و در کجا قرار دارد؟ برخورد دهنده بزرگ هادرونی - چرا به آن نیاز است؟ برخورد دهنده بزرگ اندروید برای چیست؟

اخبار مربوط به این آزمایش که در اروپا انجام می شود، آرامش عمومی را متزلزل کرد و در صدر فهرست موضوعات مورد بحث قرار گرفت. برخورد دهنده هادروندر همه جا ظاهر شد - در تلویزیون، مطبوعات و اینترنت. چه می توانیم بگوییم اگر کاربران LJ جوامع جداگانه ای ایجاد کنند که در آن صدها نفر از افراد دلسوز قبلاً به طور فعال نظرات خود را در مورد مولود جدید علم بیان کرده اند. "Delo" 10 واقعیت را به شما ارائه می دهد که نمی توانید از آنها مطلع شوید برخورد دهنده هادرون.

یک عبارت علمی اسرارآمیز به محض اینکه معنای هر یک از کلمات را بفهمیم دیگر وجود ندارد. هادرون- نام یک کلاس از ذرات بنیادی. برخورد دهنده- یک شتاب دهنده مخصوص که با کمک آن می توان انرژی بالایی را به ذرات بنیادی ماده منتقل کرد و با شتاب دادن به آنها تا بالاترین سرعت، برخورد آنها را با یکدیگر بازتولید کرد.

2. چرا همه در مورد او صحبت می کنند؟

به گفته دانشمندان مرکز اروپایی تحقیقات هسته ای سرن، این آزمایش امکان بازتولید انفجاری را که میلیاردها سال پیش به شکل گیری کیهان منجر شد، به صورت مینیاتوری می دهد. با این حال، آنچه که عموم مردم بیشتر نگران آن هستند این است که اگر آزمایش شکست بخورد، این انفجار کوچک چه پیامدهایی برای سیاره خواهد داشت. به گفته برخی از دانشمندان، در نتیجه برخورد ذرات بنیادی که با سرعت فوق نسبیتی در جهات مخالف پرواز می کنند، سیاهچاله های میکروسکوپی تشکیل می شوند و ذرات خطرناک دیگری به بیرون پرواز می کنند. هیچ نکته خاصی در تکیه بر تشعشعات ویژه ای که منجر به تبخیر سیاهچاله ها می شود وجود ندارد - هیچ مدرک تجربی دال بر کارکرد آن وجود ندارد. به همین دلیل است که بی‌اعتمادی به چنین نوآوری‌های علمی که به طور فعال توسط دانشمندان شکاک دامن می‌خورد، به وجود می‌آید.

3. این مورد چگونه کار می کند؟

ذرات بنیادی در مدارهای مختلف در جهت مخالف شتاب می گیرند و پس از آن در یک مدار قرار می گیرند. ارزش این دستگاه پیچیده در این است که به لطف آن، دانشمندان این فرصت را دارند که محصولات حاصل از برخورد ذرات بنیادی را که توسط آشکارسازهای ویژه در قالب دوربین های دیجیتال با وضوح 150 مگاپیکسل ضبط شده است، با قابلیت ثبت 600 میلیون فریم در هر مطالعه کنند. دومین.

4. ایده ایجاد یک برخورد دهنده از چه زمانی شکل گرفت؟

ایده ساخت این دستگاه در سال 1984 متولد شد، اما ساخت تونل تنها در سال 2001 آغاز شد. شتاب دهنده در همان تونلی قرار دارد که شتاب دهنده قبلی، برخورد دهنده بزرگ الکترون پوزیترون، در آن قرار داشت. این حلقه 26.7 کیلومتری در عمق حدود صد متری زیر زمین در فرانسه و سوئیس گذاشته شده است. در 10 سپتامبر، اولین پرتو پروتون به سمت شتاب دهنده پرتاب شد. پرتو دوم در چند روز آینده راه اندازی می شود.

5. هزینه ساخت چقدر بوده است؟

صدها دانشمند از سراسر جهان، از جمله دانشمندان روسی، در توسعه این پروژه شرکت کردند. هزینه آن 10 میلیارد دلار برآورد شده است که ایالات متحده 531 میلیون از آن را در ساخت برخورد دهنده هادرون سرمایه گذاری کرده است.

6. اوکراین چه کمکی در ایجاد شتاب دهنده داشته است؟

دانشمندان موسسه فیزیک نظری اوکراین در ساخت برخورد دهنده هادرون مشارکت مستقیم داشتند. آنها یک سیستم ردیابی داخلی (ITS) را به طور خاص برای تحقیق توسعه دادند. او قلب "آلیس" است - قسمت برخورد دهنده، جایی که باید یک "بیگ بنگ" مینیاتوری رخ دهد. بدیهی است که این کم اهمیت ترین بخش خودرو نیست. اوکراین باید سالانه 200 هزار گریونا برای حق مشارکت در پروژه بپردازد. این 500-1000 برابر کمتر از مشارکت سایر کشورها در پروژه است.

7. چه زمانی باید منتظر پایان جهان باشیم؟

اولین آزمایش در مورد برخورد پرتوهای ذرات بنیادی برای 21 اکتبر برنامه ریزی شده است. تا این زمان، دانشمندان قصد دارند ذرات را به سرعتی نزدیک به سرعت نور شتاب دهند. طبق نظریه نسبیت عام اینشتین، سیاهچاله ها ما را تهدید نمی کنند. با این حال، اگر تئوری هایی با ابعاد فضایی اضافی درست باشد، ما زمان زیادی برای حل همه مسائل خود در سیاره زمین نداریم.

8. چرا سیاهچاله ها ترسناک هستند؟

سیاه چاله- منطقه ای در فضا-زمان که جاذبه گرانشی آن چنان قوی است که حتی اجسامی که با سرعت نور حرکت می کنند نمی توانند از آن خارج شوند. وجود سیاهچاله ها با حل معادلات اینشتین تایید می شود. علیرغم این واقعیت که بسیاری از قبل تصور می کنند که چگونه سیاهچاله تشکیل شده در اروپا، در حال رشد، کل سیاره را می بلعد، نیازی به به صدا درآوردن زنگ خطر نیست. سیاه چاله ها، که طبق برخی نظریه ها ممکن است هنگام کار ظاهر شود برخورد دهندهطبق همین نظریه ها، برای مدت زمان کوتاهی وجود خواهند داشت که به سادگی زمانی برای شروع فرآیند جذب ماده نخواهند داشت. به گفته برخی از دانشمندان، آنها حتی زمانی برای رسیدن به دیواره های برخورد دهنده نخواهند داشت.

9. تحقیق چگونه می تواند مفید باشد؟

علاوه بر این واقعیت که این مطالعات یکی دیگر از دستاوردهای باورنکردنی علم است که به بشریت امکان می دهد ترکیب ذرات بنیادی را بداند، این تمام سودی نیست که بشریت چنین خطری را برای آن انجام داده است. شاید در آینده ای نزدیک من و شما بتوانیم دایناسورها را با چشمان خود ببینیم و در مورد موثرترین استراتژی های نظامی با ناپلئون صحبت کنیم. دانشمندان روسی بر این باورند که در نتیجه این آزمایش، بشریت قادر به ایجاد ماشین زمان خواهد بود.

10. چگونه می توان با برخورد دهنده هادرون از نظر علمی آگاه بود؟

و در نهایت، اگر کسی، که از قبل به یک پاسخ مجهز است، از شما بپرسد که برخورد دهنده هادرون چیست، ما پاسخی شایسته به شما ارائه می دهیم که می تواند هر کسی را شگفت زده کند. پس کمربندهای ایمنی خود را ببندید! برخورد دهنده هادرون یک شتاب دهنده ذرات باردار است که برای شتاب بخشیدن به پروتون ها و یون های سنگین در پرتوهای در حال برخورد طراحی شده است. این تونل که در مرکز تحقیقات شورای اروپا برای تحقیقات هسته ای ساخته شده است، یک تونل 27 کیلومتری است که در عمق 100 متری احداث شده است. از آنجایی که پروتون ها دارای بار الکتریکی هستند، یک پروتون فرانسبیتی ابری از فوتون های تقریبا واقعی تولید می کند که در نزدیکی پروتون پرواز می کنند. این جریان فوتون در رژیم برخورد هسته ای به دلیل بار الکتریکی زیاد هسته، حتی قوی تر می شود. آنها می توانند یا با یک پروتون روبرو شوند و برخوردهای معمولی فوتون-هادرون ایجاد کنند یا با یکدیگر. دانشمندان از این بیم دارند که در نتیجه این آزمایش، «تونل‌های» فضا-زمان در فضا شکل بگیرد که یکی از ویژگی‌های گونه‌شناختی فضا-زمان است. در نتیجه آزمایش می توان وجود ابرتقارن را نیز اثبات کرد که بدین ترتیب به تایید غیرمستقیم صحت نظریه ابر ریسمان تبدیل خواهد شد.

در این سؤال (و سایر موارد مشابه) ظاهر کلمات "در واقع" عجیب است - گویی جوهره ای از ناآگاهان پنهان است که توسط "کاهنان علم" از مردم عادی محافظت می شود ، رازی که باید آشکار شود. با این حال، وقتی از درون علم نگاه کنیم، این راز ناپدید می شود و جایی برای این کلمات وجود ندارد - سؤال "چرا به برخورد دهنده هادرون نیاز داریم" اساساً با سؤال "چرا به خط کش (یا مقیاس) نیاز داریم. یا ساعت و غیره).» این واقعیت که برخورد دهنده یک چیز بزرگ، گران قیمت و با هر معیاری است، موضوع را تغییر نمی دهد.

نزدیکترین تشبیه برای درک "چرا به این نیاز است"، به نظر من، یک لنز است. بشریت از زمان های بسیار قدیم با خواص عدسی ها آشنا بوده است، اما تنها در اواسط هزاره گذشته متوجه شد که ترکیبات خاصی از لنزها را می توان به عنوان ابزاری استفاده کرد که به ما امکان می دهد اجسام بسیار کوچک یا بسیار دور را بررسی کنیم. البته صحبت از میکروسکوپ و تلسکوپ است. شکی نیست که وقتی این طرح های جدید برای معاصران ظاهر شد، این سؤال که چرا این همه مورد نیاز است، بارها پرسیده شد. اما با گسترش حوزه های کاربرد علمی و کاربردی هر دو دستگاه، خود به خود از دستور کار خارج شد. توجه داشته باشید که به طور کلی، اینها ابزارهای مختلفی هستند - شما نمی توانید با میکروسکوپ معکوس به ستاره ها نگاه کنید. برخورد دهنده بزرگ هادرون، به طور متناقضی، آنها را در خود ترکیب می کند و به حق می تواند به عنوان بالاترین نقطه در تکامل میکروسکوپ ها و تلسکوپ ها توسط بشر در قرن های گذشته در نظر گرفته شود. این جمله ممکن است عجیب به نظر برسد و البته نباید آن را به معنای واقعی کلمه در نظر گرفت - هیچ لنز (حداقل لنزهای نوری) در شتاب دهنده وجود ندارد. اما در اصل این دقیقاً همینطور است. در شکل "میکروسکوپی" خود، برخورد دهنده به شما امکان می دهد ساختار و خواص اجسام را در سطح 10-19 متر مطالعه کنید (اجازه دهید یادآوری کنم که اندازه اتم هیدروژن تقریباً 10-10 متر است). وضعیت در بخش "تلسکوپ" جالب تر است. هر تلسکوپ یک ماشین زمان واقعی است، زیرا تصویر مشاهده شده در آن مطابق با آنچه شی مورد رصد در گذشته بوده است، یعنی زمان قبل که تابش الکترومغناطیسی نیاز دارد تا از این جسم به ناظر برسد. این زمان در هنگام رصد خورشید از زمین می تواند کمی بیش از هشت دقیقه و هنگام مشاهده اختروش های دوردست تا میلیاردها سال باشد. در درون برخورددهنده بزرگ هادرونی، شرایطی ایجاد می‌شود که در کسری از ثانیه پس از انفجار بزرگ در کیهان وجود داشت. بنابراین، ما این فرصت را به دست می آوریم که به 14 میلیارد سال گذشته، به همان آغاز جهان خود نگاه کنیم. تلسکوپ‌های زمینی و مداری معمولی (حداقل آنهایی که تشعشعات الکترومغناطیسی را تشخیص می‌دهند) تنها پس از دوره ترکیب مجدد، زمانی که جهان از نظر نوری شفاف شد، "بینایی" به دست می‌آورند - طبق ایده‌های مدرن، این اتفاق 380 هزار سال پس از انفجار بزرگ رخ داد.

بعد باید تصمیم بگیریم که با این دانش چه کنیم: هم در مورد ساختار ماده در مقیاس های کوچک و هم در مورد خواص آن در زمان تولد کیهان، و این همان چیزی است که در نهایت راز مورد بحث در ابتدا را برمی گرداند و مشخص می کند که چرا برخورد کننده چیست. مورد نیاز بود "واقعا" مورد نیاز بود. اما این یک تصمیم انسانی است و برخورد کننده ای که با کمک آن این دانش به دست آمده است فقط یک دستگاه باقی خواهد ماند - شاید پیچیده ترین سیستم "عدسی" که جهان تاکنون دیده است.

برخورد دهنده بزرگ هادرونی در کجا قرار دارد؟

در سال 2008، سرن (شورای تحقیقات هسته ای اروپا) ساخت یک شتاب دهنده ذرات فوق العاده قدرتمند به نام برخورد دهنده بزرگ هادرون را به پایان رساند. به انگلیسی: LHC – برخورد دهنده بزرگ هادرون. سرن یک سازمان بین المللی علمی بین دولتی است که در سال 1955 تأسیس شد. در واقع، این آزمایشگاه برتر جهان در زمینه های انرژی بالا، فیزیک ذرات و انرژی خورشیدی. حدود 20 کشور عضو این سازمان هستند.

چرا برخورد دهنده بزرگ هادرونی مورد نیاز است؟

در مجاورت ژنو، حلقه ای از آهنرباهای ابررسانا برای شتاب دادن به پروتون ها در یک تونل بتنی دایره ای 27 کیلومتری (26659 متری) ایجاد شد. انتظار می رود که شتاب دهنده نه تنها به نفوذ به اسرار ریزساختار ماده کمک کند، بلکه پیشرفت در جستجوی پاسخ به سؤال منابع جدید انرژی در اعماق ماده را نیز ممکن می سازد.

برای این منظور، همزمان با ساخت خود شتاب دهنده (با هزینه بیش از 2 میلیارد دلار)، چهار آشکارساز ذرات ساخته شد. از این میان، دو دستگاه جهانی بزرگ (CMS و ATLAS) و دو مورد تخصصی تر هستند. هزینه کل آشکارسازها نیز نزدیک به 2 میلیارد دلار است. بیش از 150 موسسه از 50 کشور، از جمله روسیه و بلاروس، در هر یک از پروژه های بزرگ CMS و ATLAS شرکت کردند.

شکار بوزون هیگز گریزان

شتاب دهنده برخورد دهنده هادرون چگونه کار می کند؟ برخورد دهنده بزرگترین شتاب دهنده پروتون است که بر روی پرتوهای برخوردی کار می کند. در نتیجه شتاب، هر یک از پرتوها در سیستم آزمایشگاهی دارای انرژی 7 ترالکترون ولت (TeV) یعنی 7x1012 الکترون ولت خواهند بود. هنگامی که پروتون ها برخورد می کنند، بسیاری از ذرات جدید تشکیل می شوند که توسط آشکارسازها ثبت می شوند. پس از تجزیه و تحلیل ذرات ثانویه، داده‌های به‌دست‌آمده به پرسش‌های اساسی که دانشمندان درگیر در فیزیک و اخترفیزیک جهان خرد را نگران می‌کنند، کمک می‌کند. از جمله مسائل اصلی، تشخیص آزمایشی بوزون هیگز است.

بوزون هیگز که اکنون معروف است، یک ذره فرضی است که یکی از اجزای اصلی مدل استاندارد و کلاسیک ذرات بنیادی است. به نام پیتر هیگز، نظریه پرداز بریتانیایی، که وجود آن را در سال 1964 پیش بینی کرد، نامگذاری شده است. اعتقاد بر این است که بوزون‌های هیگز، کوانتوم‌های میدان هیگز هستند که به سؤالات اساسی در فیزیک مرتبط هستند. به طور خاص، به مفهوم منشا توده های ذرات بنیادی.

در 2 تا 4 ژوئیه 2012، مجموعه ای از آزمایشات برخورد دهنده ذره خاصی را نشان داد که می تواند با بوزون هیگز همبستگی داشته باشد. علاوه بر این، داده ها هنگام اندازه گیری توسط سیستم ATLAS و سیستم CMS تأیید شد. هنوز بحث در مورد اینکه آیا بوزون بدنام هیگز واقعاً کشف شده است یا اینکه ذره دیگری است وجود دارد. واقعیت این است که بوزون کشف شده سنگین ترین بوزون کشف شده است. فیزیکدانان برجسته جهان برای حل این سؤال اساسی دعوت شدند: جرالد گورالنیک، کارل هاگن، فرانسوا انگلرت و خود پیتر هیگز، که از نظر تئوری وجود بوزونی را که به افتخار او در سال 1964 نامگذاری شد، اثبات کردند. پس از تجزیه و تحلیل آرایه داده ها، شرکت کنندگان در مطالعه معتقدند که بوزون هیگز واقعاً کشف شده است.

بسیاری از فیزیکدانان امیدوار بودند که مطالعه بوزون هیگز "ناهنجاری" را نشان دهد که منجر به صحبت در مورد به اصطلاح "فیزیک جدید" شود. با این حال، تا پایان سال 2014، تقریباً کل مجموعه داده‌های انباشته شده طی سه سال گذشته در نتیجه آزمایش‌ها در LHC پردازش شده بود و هیچ انحراف جالبی (به استثنای موارد جداگانه) شناسایی نشد. در واقع، معلوم شد که واپاشی دو فوتونی بوزون بدنام هیگز، به گفته محققان، "بیش از حد استاندارد" بوده است. با این حال، آزمایش های برنامه ریزی شده برای بهار 2015 ممکن است دنیای علمی را با اکتشافات جدید شگفت زده کند.

نه فقط یک بوزون

جستجوی بوزون هیگز به خودی خود هدف یک پروژه غول پیکر نیست. همچنین برای دانشمندان مهم است که به دنبال انواع جدیدی از ذرات بگردند که امکان قضاوت در مورد فعل و انفعال یکپارچه طبیعت را در مراحل اولیه وجود کیهان فراهم می کند. اکنون دانشمندان چهار برهمکنش اساسی طبیعت را تشخیص می دهند: قوی، الکترومغناطیسی، ضعیف و گرانشی. این نظریه نشان می دهد که در مراحل اولیه جهان، ممکن است یک نیروی واحد وجود داشته باشد. در صورت کشف ذرات جدید، این نسخه تایید می شود.

فیزیکدانان همچنین نگران منشا مرموز جرم ذرات هستند. اصلا چرا ذرات جرم دارند؟ و چرا آنها چنین توده هایی دارند و دیگران ندارند؟ به هر حال، در اینجا همیشه منظور فرمول است E=mc². هر جسم مادی دارای انرژی است. سوال این است که چگونه آن را آزاد کنیم. چگونه می توان فناوری هایی ایجاد کرد که به آن اجازه می دهد از یک ماده با حداکثر کارایی آزاد شود؟ این مسئله اصلی انرژی امروز است.

به عبارت دیگر، پروژه برخورد دهنده بزرگ هادرون به دانشمندان کمک می کند تا پاسخی برای سؤالات اساسی پیدا کنند و دانش خود را در مورد کیهان خرد و در نتیجه در مورد منشاء و توسعه کیهان گسترش دهند.

مشارکت دانشمندان و مهندسان بلاروسی و روسی در ایجاد LHC

در مرحله ساخت و ساز، شرکای اروپایی سرن به گروهی از دانشمندان بلاروسی با تجربه جدی در این زمینه روی آوردند تا از همان ابتدای پروژه در ایجاد آشکارسازهای LHC شرکت کنند. به نوبه خود، دانشمندان بلاروسی از همکاران موسسه مشترک تحقیقات هسته ای از شهر علمی دوبنا و سایر موسسات روسی برای همکاری دعوت کردند. متخصصان به عنوان یک تیم منفرد کار بر روی آشکارساز به اصطلاح CMS - "سلونوئید فشرده میون" را آغاز کردند. این سیستم متشکل از بسیاری از زیرسیستم‌های پیچیده است که هر کدام برای انجام وظایف خاص طراحی شده‌اند و با هم شناسایی و اندازه‌گیری دقیق انرژی‌ها و زوایای خروج همه ذرات تولید شده در طول برخورد پروتون در LHC را فراهم می‌کنند.

متخصصان بلاروسی-روسی نیز در ایجاد آشکارساز ATLAS شرکت کردند. این یک نصب با ارتفاع 20 متر است که می تواند مسیرهای ذرات را با دقت بالا اندازه گیری کند: تا 0.01 میلی متر. حسگرهای حساس داخل آشکارساز حاوی حدود 10 میلیارد ترانزیستور هستند. هدف اولیه آزمایش ATLAS تشخیص بوزون هیگز و مطالعه خواص آن است.

بدون اغراق، دانشمندان ما سهم قابل توجهی در ایجاد آشکارسازهای CMS و ATLAS داشتند. برخی از اجزای مهم در کارخانه ماشین سازی مینسک به نام این کارخانه تولید شدند. انقلاب اکتبر (MZOR). به طور خاص، کالری‌سنج‌های هادرون انتهایی برای آزمایش CMS. علاوه بر این، این کارخانه عناصر بسیار پیچیده ای از سیستم مغناطیسی آشکارساز ATLAS تولید کرد. اینها محصولاتی با اندازه بزرگ هستند که به فناوری های ویژه پردازش فلز و پردازش فوق العاده دقیق نیاز دارند. به گفته تکنسین های سرن، این سفارشات به خوبی انجام شده است.

«سهم افراد در تاریخ» را نیز نمی توان دست کم گرفت. به عنوان مثال، مهندس رومن استفانوویچ، کاندیدای علوم فنی، مسئول مکانیک فوق العاده دقیق در پروژه CMS است. آنها حتی به شوخی می گویند که بدون او CMS ساخته نمی شد. اما به طور جدی می توان کاملاً قاطعانه گفت: بدون آن مهلت مونتاژ و راه اندازی با کیفیت لازم رعایت نمی شد. یکی دیگر از مهندسان الکترونیک ما، ولادیمیر چخوفسکی، با پشت سر گذاشتن یک رقابت نسبتاً دشوار، امروز در حال رفع اشکال الکترونیک آشکارساز CMS و اتاقک های میون آن است.

دانشمندان ما هم در راه اندازی آشکارسازها و هم در بخش آزمایشگاهی، در عملیات، نگهداری و به روز رسانی آنها مشارکت دارند. دانشمندان دوبنا و همکاران بلاروسی آنها به طور کامل جای خود را در جامعه بین المللی فیزیک سرن می گیرند که برای به دست آوردن اطلاعات جدید در مورد خواص و ساختار عمیق ماده کار می کند.

بسیاری قبلاً، به هر طریقی، اصطلاح "برخورد دهنده بزرگ هادرون" را شنیده اند. از این کلمات، فقط کلمه "بزرگ" برای مردم عادی آشناست. اما واقعا چیست؟ و آیا ممکن است یک فانی صرف به این اصطلاح فیزیکی تسلط یابد؟

برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC) یک مرکز برای فیزیکدانان است تا با ذرات بنیادی آزمایش کنند. بر اساس فرمول، LHC شتاب دهنده ذرات باردار با استفاده از پرتوهای برخوردی است که برای شتاب بخشیدن به یون ها و پروتون های سنگین و مطالعه محصولات برخورد طراحی شده است. به عبارت دیگر، دانشمندان با اتم ها برخورد می کنند و سپس می بینند که چه چیزی از آن بیرون می آید.

در این زمان، این بزرگترین تاسیسات آزمایشی در جهان است. وسعت این تاسیسات را می توان به شهری به قطر تقریبا 27 کیلومتر که در عمق صد متری زمین قرار دارد، تشبیه کرد. این تاسیسات در نزدیکی ژنو قرار دارد و هزینه ساخت آن 10 میلیارد دلار بوده است.

یکی از وظایف اصلی نصب LHC (به گفته دانشمندان) جستجو برای بوزون هیگز است. باز هم به عبارت ساده، این تلاشی است برای یافتن ذره ای که مسئول حضور جرم است.

به موازات این، آزمایش های جستجو در برخورد دهنده انجام می شود:

- ذرات خارج از "مدل استاندارد"،

- تک قطبی های مغناطیسی (ذراتی با میدان مغناطیسی)،

- همچنین، مطالعه گرانش کوانتومی و مطالعه حفره های میکروسکوپی در حال انجام است.

اینها "سیاهچاله های میکروسکوپی"و به خیلی ها آرامش نده. علاوه بر این، نه تنها کسانی که آشنایی با فیزیک برای آنها در مدرسه به پایان رسیده است، بلکه کسانی که به مطالعه آن در سطح حرفه ای ادامه می دهند نیز نگران هستند.

سیاهچاله چیست، چه از مدرسه و چه از داستان ها و فیلم های علمی تخیلی برای همه شناخته شده است. بسیاری (از جمله دانشمندان) نگران هستند که چنین آزمایشاتی، که برخی از آنها برای بازآفرینی "مهبانگ" (که پس از آن، طبق نظریه، جهان پدید آمد) طراحی شده اند، منجر به فروپاشی اجتناب ناپذیر کل سیاره خواهد شد.

دانشمندان اطمینان می دهند که هیچ خطری از این آزمایش ها وجود ندارد. اما یک واقعیت دیگر وجود دارد که بزرگان علم هرگز به آن توجه نمی کنند. ما در مورد سلاح صحبت می کنیم.

هر دانشمند عادی، با انجام یک کشف یا اختراع چیزی، آن را برای دو هدف انجام می دهد. هدف اول کمک به دنیا برای بهتر زیستن است و دومین هدف، کمتر انسانی، اما انسانی، معروف شدن است.

اما، بنا به دلایلی، همه اختراعات (بدون اغراق) جای خود را در ایجاد ابزار کشتن همان بشریت و دانشمندان مشهور می گیرند. حتی اکتشافاتی که برای ما عادی شده است (رادیو، موتورهای مکانیکی، تلویزیون های ماهواره ای و غیره) و بگذریم از انرژی اتمی، جای خود را محکم در صنایع دفاعی باز کرده اند.

در سال 2016، در منطقه مسکو آنها قصد دارند یک تاسیسات مشابه LHC اروپایی راه اندازی کنند. اما نصب روسی، بر خلاف «برادر بزرگ» خود، در واقع باید «بیگ بنگ» را در مقیاس کوچک بازسازی کند.

و چه کسی تضمین می کند که مسکو همسایه (و همراه با آن زمین) مولد یک "سیاهچاله" جدید در جهان گسترده نخواهد شد؟

این هفته، پس از دو سال انتظار، برخورد دهنده بزرگ هادرون - شتاب دهنده ذرات باردار که منجر به کشف بوزون هیگز در سال 2012 شد - می تواند دوباره راه اندازی شود.

برخورد دهنده غول پیکر (که بخشی از آن یک تونل زیرزمینی به طول 27 کیلومتر در مرز فرانسه و سوئیس است) در فوریه 2013 تعطیل شد تا دانشمندان بتوانند تغییراتی در طراحی آن ایجاد کنند. اکنون دانشمندان در حال تغییر آن هستند تا از طریق یک سری آزمایش، جهشی در مطالعه فیزیک داشته باشند.

1. صبر کنید، صبر کنید، برخورد دهنده بزرگ هادرونی چیست؟

تونل برخورد دهنده هادرون بزرگ
LHC در سال 2008 توسط CERN (شورای تحقیقات هسته ای اروپا) ساخته شد. ساخت بزرگترین برخورددهنده هادرون جهان 9 میلیارد دلار هزینه داشت. طول باورنکردنی تونل های زیرزمینی آن به فیزیکدانان اجازه می دهد تا آزمایش های باورنکردنی انجام دهند.

به طور کلی، بیشتر آزمایش‌ها شامل شتاب دادن ذرات باردار به 99.9999 درصد سرعت نور (که باعث می‌شود 11000 بار در ثانیه در یک دایره حرکت کنند) و سپس برخورد آنها با استفاده از آهن‌رباهای غول‌پیکر است. حسگرهای پیچیده انواع اطلاعات به دست آمده پس از برخورد این ذرات را می خوانند.

2. چرا دانشمندان با ذرات برخورد می کنند؟

اطلاعات دریافت شده توسط یکی از حسگرهای LHC
مقدار زیادی انرژی که پس از برخورد آزاد می شود باعث می شود ذرات متلاشی شوند و متعاقباً به ساختارهای نسبتاً غیر معمولی تبدیل شوند. آزمایش‌هایی مانند این به یافتن نقص‌هایی در مدل استاندارد فیزیک کمک می‌کند - در حال حاضر بهترین راه برای پیش‌بینی رفتار ذرات است.

فیزیکدانان به چنین آزمایشاتی علاقه مند هستند، زیرا اگرچه مدل استاندارد کاملاً دقیق در نظر گرفته می شود، اما هنوز ناقص است. پاتریک کوپنبورگ، دانشمندی که با LHC کار می کند، می گوید: «این برای حدس زدن خوب است، اما فیزیکدانان آنقدرها علاقه ای به حدس زدن ندارند.

بزرگترین اشکال مدل این است که نیروی گرانش (تنها سه نیروی اساسی دیگر را توصیف می کند) و مفاهیمی مانند ماده تاریک و انرژی تاریک را در نظر نمی گیرد. همچنین با تئوری های کنونی در مورد منشأ جهان کار چندان خوبی ندارد.

به عبارت دیگر، مدل استاندارد فیزیک بهترین توصیف از نحوه عملکرد چیزهای اطراف ما است. با این حال، به گفته کوپنبورگ، این نظریه "در مقطعی قطعا اشتباه است." او و دیگر دانشمندان با کوبیدن ذرات به LHC در تلاش هستند تا انحرافاتی از این مدل پیدا کنند.

3. این دانشمندان قبلاً چه چیزی را کشف کرده اند؟

نمودار 17 ذره بنیادی مدل استاندارد، از جمله بوزون هیگز
مهم ترین رویداد در تاریخ برخورد دهنده بزرگ هادرونی، کشف بوزون هیگز بود.

از دهه 1960 اعتقاد بر این بود که بوزون هیگز بخشی از میدان هیگز است، میدانی نامرئی که از فضا می گذرد و همه ذرات را تحت تاثیر قرار می دهد. به گفته فیزیکدانان، به لطف این میدان است که ذرات دارای جرم (یا مقاومت در هنگام حرکت) هستند.
فیزیکدان برایان گرین در مقاله خود نوشت:

تصور کنید که یک توپ پینگ پنگ زیر آب فرو رفته است. هنگامی که سعی می کنید آن را عمیق تر کنید، به نظر می رسد چندین برابر سنگین تر از آن چیزی باشد که بیرون از آب بوده است. برهمکنش آن با آب منجر به افزایش جرم آن می شود. همین اتفاق برای ذرات غوطه ور در میدان هیگز نیز می افتد.

در اصل، هیچ کس از کشف بوزون و میدان هیگز شگفت زده نشد، زیرا تمام قوانین مدل استاندارد به وجود آنها اشاره می کند. نکته این بود که هیچ مدرک مستقیمی وجود نداشت. کوپنبورگ می گوید: «زمانی که LHC را ساختیم، امیدوار بودیم که بوزون هیگز را کشف کنیم یا ثابت کنیم که وجود ندارد.

در سال 2012، پس از سه سال آزمایش، فیزیکدانان وجود بوزون هیگز را ثابت کردند. محاسبه شد که بلافاصله پس از برخورد، بوزون هیگز به ذرات دیگر تجزیه شد و الگوهای خاصی را دنبال کرد. داده های جمع آوری شده پس از برخورد پروتون به درک و پیش بینی این الگوها کمک کرد.

این کشف بسیار مهم است: میدان هیگز سنگ بنای مدل استاندارد است. به لطف او، تمام معادلات دیگر بسیار واضح تر می شوند. ما توانستیم آن را 50 سال پس از پیش‌بینی وجودش بر روی کاغذ کشف کنیم، به این معنی که ما در مسیر درستی در مطالعه ساختار جهان خود هستیم.

4. چرا TANK دوباره روشن می شود؟

تونل های برخورد دهنده بزرگ هادرون
تمام آزمایش‌هایی که در گذشته انجام شد، آغاز کار بود. پس از چندین سال بهبود آهنرباها (که حرکت ذرات را تسریع و کنترل می کنند) و حسگرها، عصر جدیدی آغاز خواهد شد: مجموعه ای از آزمایش ها اکنون شامل شتاب و برخورد ذرات با دو برابر بار قبلی است.

برخورد ذرات جدید به دانشمندان اجازه می دهد تا ذرات جدید (و شاید حتی بزرگتر) را کشف کنند و همچنین بوزون هیگز و رفتار آن را در شرایط مختلف مطالعه کنند.

ما امیدواریم که بتوانیم عناصری را کشف کنیم که توسط مدل استاندارد پیش بینی نشده اند. به عنوان مثال، ذرات آنقدر سنگین که هنوز کشف نشده اند، یا انواع دیگر انحرافات،” کوپنبورگ امیدوار است.

برای مثال، ممکن است که بوزون هیگز تنها یکی از چندین ذره مکانیسم هیگز باشد.

کوپنبورگ و سایر دانشمندان می گویند که اطلاعات جدید کافی به ما کمک می کند تا ذرات جدید را کشف کنیم و مدل استاندارد فعلی را بهبود بخشیم و به آن اجازه می دهد به طور دقیق با ماده تاریک، تولد جهان و سایر موضوعاتی که درک درستی ندارند، تعامل داشته باشد.

5. آیا برنامه ای برای ایجاد شتاب دهنده های ذرات حتی بزرگتر در آینده وجود دارد؟

شماتیک برخورد دهنده خطی بین المللی
آره. فیزیکدانان امیدوارند در نهایت شتاب‌دهنده‌های بسیار بزرگ‌تری بسازند که بتواند ذرات با انرژی بالاتر را نسبت به LHC شتاب دهد. این به نوبه خود امکان کشف ذرات جدید و درک واضح تری از ماده تاریک را فراهم می کند. برای مثال طول برخورد دهنده خطی بین المللی 32 کیلومتر خواهد بود. برخلاف LHC که ذرات به صورت دایره ای شتاب می گیرند، در این پروژه مستقیماً با یکدیگر برخورد خواهند کرد. این پروژه هنوز در دست بررسی است، اما دانشمندان امیدوارند که چنین شتاب دهنده ای در ژاپن ساخته شود و تا سال 2026 شروع به کار کند.

روزی روزگاری به نظر همه می رسید که یک شتاب دهنده ذرات غول پیکر در ایالات متحده ساخته خواهد شد. در سال 1989، کنگره حتی موافقت کرد که شش میلیارد دلار برای ساخت یک ابر برخورد دهنده ابررسانا هزینه کند. آنها قرار بود آن را در Waxahachie تگزاس بسازند، طول تونل های آن قرار بود به 86 کیلومتر برسد. نیرویی که با آن ذرات در آن برخورد می کنند چهار برابر قوی تر از برخورد دهنده بزرگ هادرون خواهد بود. اما متأسفانه در سال 1993 هزینه این پروژه به 11 میلیارد دلار افزایش یافت و کنگره تصمیم به تعطیلی آن گرفت، علیرغم اینکه تاکنون دو میلیارد برای ساخت 25 کیلومتر از تونل هزینه شده بود.

اصل: Vox
ترجمه شده.