آنچه برخورد دهنده هادرونی بزرگ می تواند بیابد

عصرایران؛ محمد مهدی حیدرپور - بزرگترین شتاب دهنده جهان برای دور دیگری از برخورد ذرات با یکدیگر در سرعتی نزدیک به سرعت نور آماده می شود. پس از وقفه ای دوساله برای ارتقا، برخورد دهنده هادرونی بزرگ (LHC) در سال جاری میلادی فعالیت خود را از سر خواهد گرفت و انتظار می رود دو برابر قدرتمندتر از دور نخست فعالیت خود باشد. 

به گزارش "گروه علم و فناوری" عصرایران، برخورد دهنده هادرونی بزرگ در سال 2012 به یافتن شواهدی درباره بوزون هیگز، ذره ای که گمان می شد چگونگی شکل گیری ذرات دیگر را توضیح دهد، کمک کرد. این کشف از محاسبات نظری که دهه ها پیش شکل گرفته بودند، پشتیبانی کرده و موجب تقویت "استاندارد مدل"، چارچوب فعلی فیزیک ذرات شد.

با راه اندازی مجدد برخورد دهنده هادرونی بزرگ در سال جاری میلادی، این دستگاه به انرژی 13 تریلیون الکترون ولت خواهد رسید و جریان تولیدی آن برای ذوب یک تن مس کافی است. انتظار می رود این دور از فعالیت های برخورد دهنده هادرونی بزرگ تا سال 2018 ادامه یابد.

در یک شتاب دهنده ذره، جریانی از پروتون ها - به طور معمول هیدروژن یا چیزی سنگین‌تر مانند سرب - توسط میدان مغناطیسی در حلقه ای به طول 27 کیلومتر شتاب می گیرند. ذرات به سرعتی اندکی کمتر از سرعت نور رسیده و سپس با یکدیگر برخورد می کنند.

این برخوردها موجب شکل گیری ذرات درون اتمی و پرتو افشانی می شود که نشانه هایی درباره اجزا تشکیل دهنده ماده فراهم می کنند. برخی از این ذرات جدید هستند و خارج از چنین برخوردهایی مشاهده نشده اند زیرا در کسری از ثانیه به انواعی آشناتر تبدیل شده و یا فرو می پاشند. به عنوان مثال، شتاب دهنده های ذره نشان داده اند که پروتون ها از کوارک ها ساخته شده و بوزون های W و Z را تولید کرده اند که نیروی هسته ای ضعیفی درگیر در تجزیه رادیواکتیو را حمل می کنند. بر همین اساس است که فیزیکدانان انرژی های بیشتر را مد نظر قرار داده اند. انرژی بیشتر در برخوردها برابر با ذرات سنگین تولید شده بیشتر است که به معنی شانس بیشتر برای پدیدار شدن نتیجه ای جذاب است. در ادامه چهار مورد که دانشمندان امیدوارند طی دور دوم فعالیت برخورد دهنده هادرونی بزرگ به آنها دست یابند را ارائه می کنیم.

شرکای اَبَرمتقارن

ابرمتقارن نظریه یا مجموعه ای از نظریه ها است که بیان می کند ذرات که به دو کلاس بوزون ها و فرمیون ها تقسیم شده اند به یکدیگر مربوط هستند و هر ذره دارای یک شریک است. این به معنای آن است که بوزون ها دارای یک شریک فرمیون هستند و همه فرمیون ها دارای شرکای بوزون هستند. به عنوان مثال، گلوینو شریک ابرمتقارن گلوئون است. گلوئون ها حامل نیروی هسته ای قوی هستند که پروتون ها و نوترون ها را در کنار هم نگه می دارد و از این رو آنها بوزون ها هستند. در نتیجه، گلوینوها فرمیون ها محسوب می شوند. با این وجود، شرکای ابرمتقارن تاکنون شناسایی نشده اند. فیزیکدانان امیدوارند در دور دوم فعالیت برخورد دهنده هادرونی بزرگ شاهد شرکای ابرمتقارن باشند.

بیش از یک هیگز؟

بوزون هیگز یک مشکل عمده برای "استاندارد مدل" را حل کرد اما پرسش های مهم دیگری را نیز شکل داد. بنابر نظریه ها ممکن است بیش از یک نوع وجود داشته باشد و دور دوم فعالیت برخورد دهنده هادرونی بزرگ شاید به این که چه تعداد بوزون هیگز وجود دارد، پاسخ دهد.

ماده تاریک

ماده تاریک یکی از چیزهای مرموزی است که حدود 25 درصد از جرم و انرژی عالم را شکل می دهد. ماده تاریک تنها از طریق گرانش با اشیا تعامل دارد. بر همین اساس، شناخت و درک این که ماده تاریک چه چیزی است دشوار می شود. با این وجود، برخورد دهنده هادرونی بزرگ ممکن است انرژی کافی برای ایجاد ذره ماده تاریک در یکی از برخوردها را تولید کند. ماده تاریک از نظر الکتریکی خنثی خواهد بود (بدون بار مثبت یا منفی) و در چند ثانیه از بین نمی رود.

حل کردن برخی مشکلات بیگ بنگ

با استفاده از پرتوهای پروتون سنگین‌تر مانند طلا یا سرب، برخورد دهنده هادرونی بزرگ به فیزیکدانان اجازه خواهد داد شرایطی مشابه با تنها چند میلیاردم یک میلیاردم یک میلیاردم ثانیه پس از تولد عالم را مشاهده کنند. بررسی چگونگی رفتار مواد تحت این شرایط می تواند بینش هایی به چگونگی تکامل عالم و شکل گیری ظاهر فعلی آن ارائه کند. 

برای خواندن مطالب بیشتر در زمینه علم و فناوری به اینجا مراجعه کنید. 

تماشاخانه

چرا به ویتامین دی بیشتری نیاز دارید؟ (فیلم)

ماجرای مسمومیت گیلانی‌ها/ آیا آب آلوده است؟ (فیلم)

فیلم های دیگر