Iranian Futurist 
Iranian Futurist
Ayandeh-Negar
Welcome To Future

Tomorow is built today
در باره ما
تماس با ما
خبرهای علمی
احزاب مدرن
هنر و ادبیات
ستون آزاد
محیط زیست
حقوق بشر
اخبار روز
صفحه‌ی نخست
آرشیو
اندیشمندان آینده‌نگر
تاریخ از دیدگاه نو
انسان گلوبال
دموکراسی دیجیتال
دانش نو
اقتصاد فراصنعتی
آینده‌نگری و سیاست
تکنولوژی
از سایت‌های دیگر


رمزگشایی از اسرارآمیزترین ذرات بنیادی

اگر عضو یکی از شبکه‌های زیر هستید می‌توانید این مطلب را به شبکه‌ی خود ارسال کنید:
Twitter Google Yahoo Delicious بالاترین دنباله

[05 Apr 2015]   [ حامد الطافی مهربانی]

تا به امروز مهندسان سرن مشغول تعمیر و تقویت ابزارها بودند تا برخورددهنده بتواند دوره بعدی فعالیتش را با توان و انرژی بیشتری آغاز کند. آنان 18 آهن ربای فوق هادی از مجموع 1232 آهن ربا را جایگزین کردند، سامانه خلأ را که باریکه ذرات را از هجوم مولکول های سرگردان محافظت می کرد ارتقا دادند و سامانه های سرمایشی آهن رباهای عظیم آن را بازسازی کردند.

اگر همه چیز بدرستی پیش رود، در بهار سال آینده دستگاه برخورد دهنده روشن خواهد شد. این بار انرژی برخوردی ذرات به 13 تِراالکترون ولت خواهد رسید؛ 5 تِرا الکترون ولت بالاتر از بیشینه انرژی برخوردها در دوره پیشین فعالیت. فاصله زمانی تولید بسته های پروتون های پر انرژی که قرار است در شتاب دهنده تا سرعت های نزدیک به سرعت نور برسند و به هم برخورد کنند از 50 نانوثانیه به 25 نانوثانیه کاهش خواهد یافت. به این ترتیب تعداد ذرات و فراوانی برخوردها افزایش می یابد و داده های بیشتری برای بررسی دانشمندان تولید می شود؛ اطلاعاتی چنان زیاد که محققان بیش از 60 هزار هسته جدید برای جمع آوری و بیش از 100 پتابایت حافظه جانبی برای ذخیره آنها تهیه و نصب کرده اند.

همه این تلاش ها با این هدف انجام می شود که دانشمندان بتوانند در عین حال که به دنبال ذرات جدیدی می گردند، یافته های قبلی خود را با دقت و اطمینان بیشتر به اثبات برسانند. یکی از مهم ترین کشف های محققان در دوره قبلی فعالیت شتاب دهنده، با یکی از اسرار آمیزترین ذرات بنیادی و درواقع گریزان ترین آنها مرتبط بود؛ بوزون هیگز.

شواهدی از بوزون هیگز کشف می شود

ماجرا به چهاردهم تیر 1391 بازمی گردد. در آن روز سرانجام تلاش ۷۹۳۱ دانشمند و مهندس (به نمایندگی از ۵۸۰ دانشگاه و مؤسسه تحقیقاتی از ۸۰ کشور جهان) و 2600 کارمند تمام وقت در سازمان اروپایی پژوهش های هسته ای (سرن) که سال ها به دنبال ذره مرموز هیگز بودند به نتیجه رسید و آنان برای اولین بار با شواهدی از این ذره رو به رو شدند. آنها نوری ضعیف و جرقه مانند را در صفحه نمایش ابزارهای آشکارسازشان دیدند که معنای عمیقی برایشان داشت، اما این همه ماجرای کشف و شناسایی ذره هیگز نبود.

فیزیکدانان آماده می شدند تا در لذت و هیجان «دیدن» بوزون هیگز ـ همان ذره مرموزی که میدانی موسوم به میدان هیگز را تولید می کند و خاصیت جرم داشتن به ذرات بنیادی می دهد ـ غرق شوند، اما در عمل همه می دیدند که آنان فقط دسته ای از اعداد و نمودارها و داده ها را مشاهده کرده اند. پیام این اطلاعات غیرتصویری به دانشمندان یک حقیقت مهم بود که در جریان نشست خبری در سِرن (سازمان اروپایی تحقیقات هسته ای) روی تلکس خبرگزاری های جهان قرار گرفت: «بوزون هیگز آشکارسازی شده است.»

آنچه براساس گزارش های فیزیکدانان از این آزمایش ها به دست آمده بود، این بود که احتمال شناسایی قطعی بوزون هیگز به اندازه یک در 3.5 میلیون است! یعنی در 3.5 میلیون آزمایشی که انجام می شود، فقط در یک آزمایش امکان مشاهده و آشکارسازی ذره هیگز وجود دارد! همین احتمال بسیار اندک هم دانشمندان سرن را تشویق می کرد به کار خود ادامه دهند و با امیدواری کامل به تکرار آزمایش بپردازند.

با این حساب اگر دانشمندان در سرن انتظار دیدن چیزی شبیه ذره هیگز را، آن هم به این آسانی نداشتند پس واقعا دنبال چه بودند؟! آنان مدت های طولانی سرگرم واکاوی این حقیقت بودند که چگونه ذراتی مانند الکترون ها و کوارک ها که عناصر سازنده اتم ها و مولکول ها هستند جرم دارند. از سوی دیگر تعبیر و نمایش ریاضی فیزیکدانان از جهان متقارن و فرمول بندی آنان، بجز در حالتی که ذرات بنیادی را بدون جرم در نظر می گرفتند به درستی کار نمی کرد.

«پیتر هیگز» (که این ذره به نام او نامگذاری شده) و برخی از همکارانش ایده ای جالب مطرح کرده بودند: به جای این که تلاش کنیم نشان دهیم چگونه می توانیم معادلات حاکم بر رفتار ذرات بنیادی را به گونه ای بهینه سازی کنیم که با رفتار واقعی ذرات جرم دار سازگار باشند، بیاییم اساس کار را بر درستی روابط ریاضیاتی بگذاریم و این فرض را اضافه کنیم که ذرات بنیادی در میدانی کار می کنند که آن میدان حرکت و رفتار خاصی را به ذرات اعمال می کند. اگر این فرض به شرایط واقعی نزدیک باشد، ممکن است چیزی بیابیم که در این میدان با ایجاد مقاومت در برابر حرکت ذرات، به آنها خاصیتی مانند جرم اضافه می کند. مگسی را تصور کنید که وزوز کنان از مقابل تان می گذرد. مگس در حرکتش در هوای آرام نیروی مقاومت بسیار کمی احساس می کند، تا این که با باد مخالفی مواجه می شود. ناگهان مگس سریع و کوچک ما، سنگینی زیادی احساس می کند که ناشی از مقاومت هوای جریان باد مخالف است. ممکن است در مورد ذراتی که در میدان هیگز در حال حرکتند نیز وضعیت مشابهی برقرار باشد.

فیزیکدانان به دنبال ذراتی بودند که میدان ایجاد کننده جرم، یا همان «میدان هیگز» را می ساختند. آنها تصور می کردند اگر می توانستند شرایطی را که بلافاصله بعد از مهبانگ ایجاد شده بود بازسازی کنند، تلاش و جستجوی آنان موفقیت آمیز می شد. در چنان شرایطی می توانستیم ببینیم چگونه چیزهایی مثل کوارک ها و لپتون ها تولید می شوند و سرگردان در فضا حرکت می کنند تا این که به ذراتی مرکب مانند پروتون ها تبدیل شوند. اگر در این میان چیزی مانند بوزون هیگز که جرم ذرات دیگر را فراهم می کرد نیز تولید می شد، آن هم می توانست قابل شناسایی باشد.

برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC) چطور کار می کند؟

برخورددهنده بزرگ هادرونی، برای پروتون های در حال حرکت (و همچنین برخی یون های سنگین) که سرعت های بالا دارند، به جاده مسابقه اتومبیل رانی شباهت دارد. این پروتون ها با سرعت و انرژی خیلی زیاد (و در راستاهای مخالف) حرکت می کنند، مسیری دایره ای به طول 27 کیلومتر را طی می کنند و میلیون ها بار در ثانیه از کنار یکدیگر می گذرند. وقتی تعدادی از این پروتون ها به هم برخورد می کنند، ذرات مرکب به اجزای کوچک تر سازنده خود یعنی کوارک ها و لپتون ها فرو می پاشند. انرژی بسیار زیادی در برخوردها آزاد می شود که کمک می کند ذرات جدیدی را که ایجاد می شوند، ببینیم.

دانشمندان می توانند مسیر ذرات در حال حرکت را با اعمال میدان مغناطیسی بسیار قوی دستخوش تغییراتی کنند و به شکل منحنی درآورند. اگر این کار انجام گیرد می بینیم که ذرات مختلف واکنش های متفاوتی نسبت به میدان مغناطیسی نشان می دهند. بعضی از ذرات که «اندازه حرکت» (یا تکانه، که به طور ساده آن را به صورت جرم ذره × سرعت آن تعریف می کنند) زیادی دارند چندان منحرف نمی شوند و همچنان در مسیر مستقیم به راه خود ادامه می دهند. ذراتی با اندازه حرکت کمتر تأثیر بیشتری از میدان مغناطیسی می پذیرند. این ذرات از راستای اولیه خود خارج می شوند و مسیری مارپیچی در پیش می گیرند. پس میزان انحراف و چگونگی حرکت ثانویه ذرات در میدان مغناطیسی، به نوع ذره و اندازه حرکت آن بستگی دارد. از این رو اندازه حرکت از ویژگی های مفیدی است که محققان و فیزیکدانان برای شناسایی هویت ذرات بررسی و مطالعه می کنند.

علاوه بر میدان مغناطیسی، راهکارهای دیگری برای شناسایی و تشخیص هویت ذرات در شتاب دهنده ها وجود دارد. برای مثال، «تجهیزات ردیابی» در دستگاه های آشکارساز بسیار سودمند هستند. ابزارهای ردیابی، نشانه ها و علائم الکترونیکی را که هنگام عبور سریع ذرات از میان آشکارسازها به جا می ماند ثبت می کنند. این کار ایجاد نمایی گرافیکی از مسیر حرکت ذره را ممکن می سازد.

حرارت سنج (کالری متر) داخلی آشکارسازها نیز به شناسایی ذرات کمک می کنند. حرارت سنج ها انرژی ای را که ذرات پس از برخورد از دست می دهند، اندازه می گیرند. در ادامه فیزیکدانان می توانند تابشی را که از ذرات گسیل می شود، مطالعه کنند. این کار به آنان کمک می کند برخی ویژگی ها را که به ذرات ویژه ای تعلق دارد شناسایی و تعیین کنند.

حال با همه این اوصاف، بوزون هیگز به چه چیزی شباهت دارد؟! فیزیکدانان در پاسخ به این سوال می گویند: «از این که شما را ناامید کنیم متنفریم! اما واقعیت این است که نمی توانیم ذره هیگز را ببینیم». هیگز، ذره بسیار کوچکی است که امکان دیدن مستقیم اش وجود ندارد. آنچه به عنوان ذره هیگز می بینیم مجموعه ای از نمودارها و داده هاست. نمای ذره هیگز چیزی بیش از نمودارها و طرح های گرافیکی شلوغ که مسیر و انرژی ذرات برخوردکننده و ذرات ثانویه را مشخص می کنند، نیست. همه آنچه در آشکارسازها شناسایی شده به داده های عددی تبدیل می شوند. این اعداد و ارقام مشخص می کنند اتفاقات بسیاری در برخورددهنده رخ می دهد که وجود ذرات هیگز را اثبات می کنند.

با این حال خیلی هم نباید ناامید شویم! فیزیکدانانی که در سرن کار می کنند، افراد خوبی هستند که می دانند ما چه می خواهیم: تصویری زیبا که نمایی از بوزون هیگز نشان می دهد. آنان تلاش می کنند چنین نمایی را برایمان تهیه و فراهم کنند. اگر می خواهید شبیه سازی ای گرافیکی از برخوردهای درون شتاب دهنده ها ببینید و چیزی را که ذره هیگز در عمل به آن شباهت دارد مشاهده کنید، به پایگاه اینترنتی سرن به نشانی اینترنتی home.web.cern.ch سر بزنید.

فیزیکدانان درباره ذره هیگز می گویند...

«هیگز» یکی از ذرات بنیادی است که مدل استاندارد فیزیک ذرات وجود آن را پیش بینی کرده است. گفته می شود ذره هیگز عامل ایجاد جرم (یا به بیانی نه چندان دقیق؛ سنگینی و وزن) در ذرات بنیادی است. این ذره تنها ذره مدل استاندارد است که تا قبل از سال 2012 شناسایی و مشاهده نشده بود.

یکی از خواص کوانتومی ذرات بنیادی اسپین آنهاست. معادل مکانیکی یا کلاسیک اسپین را به صورت چرخش در نظر می گیرند. اسپین همان چرخش نیست، بلکه بیانی برای تجسم و درک اثر اسپین و مقادیر متفاوت آن در ذرات بنیادی مختلف است.

ذرات بنیادی را براساس اسپین شان به دو گروه تقسیم می کنند: فرمیون ها و بوزون ها. فرمیون ها ذراتی با اسپین نیم صحیح (مثل یک دوم یا دوسوم و... )اند و بوزون ها ذراتی هستند که اصطلاحا اسپین صحیح (یا غیرکسری) مثل یک یا دو یا... دارند. اسپین بوزون را معادل صفر در نظر می گیرند. ذره بنیادی هیگز در این طبقه بندی در دسته ی بوزون ها قرار می گیرد.

از آنجا که ویژگی های فیزیکی، ازجمله جرم پیش بینی شده برای بوزون هیگز، در محدوده توان آشکارسازی ابزارهای کنونی مانند برخورددهنده بزرگ هادرونی (Large Hadron Collider=LHC) قرار دارد، به نظر دانشمندان آشکارسازی آن (در صورتی که واقعا وجود داشته باشد) کار غیرممکنی نیست. بنابراین در سال های دهه اخیر تلاش های بسیاری برای آشکارسازی و شناسایی آن انجام می شد تا این که سرانجام در نیمه تیر 1391 تلاش ها نتیجه داد.



مطلب‌های دیگر از همین نویسنده در سایت آینده‌نگری:


منبع:


بنیاد آینده‌نگری ایران



شنبه ۹ ارديبهشت ۱۳۹۶ - ۲۹ آوریل ۲۰۱۷

خبرهای علمی

+ حافظه‌های مصنوعی؛ رویـای واقعـی حمیدرضا تائبی

+ چرا افراد باهوش از چند وظیفه‌گی اجتناب می‌کنند؟ مهسا قنبری

+ اظهارنظر جنجالی ایلان ماسک: رابط مغز و کامپیوتر ضامن بقای انسان‌ها حمیدرضا تائبی

+ افسردگی اختلال ذهنی نیست؛ راه‌کار مغز برای حل مشکل است! حمید نیک‌روش

+ کامپیوتر کشف کرد انسان‌ها چگونه چهره‌ها را تشخیص می‌دهند حمیدرضا تائبی

+ محاسبات مقاوتی: برمبنای مغز انسان 

+ نور، این «ذره – موج» پُر از زیبایی و راز همنشین بهار

+ بهره‎برداری از هوش‎اجتماعی نیروی‎کار آینده به کمک فناوری  مترجم: فریبا ولیزاده

+ بازگشت از آن دنیا محمدرضا تجلی

+ شبيه‌سازي مغز در 2015. 

+ کاربرد فناوری اطلاعات در پزشکی 

+ DNA روش آینده ذخیره اطلاعات خواهد بود؟ 

+ چرا علم با بحران مشروعیت و بی‌اعتمادی روبرو است؟ 

+ علم رهایی بخش 

+ مغز و اسرار آن (جهش غول‌آسای بعدی علم – بخش نخست) پوریا ناظمی

+ چرا سفر به مریخ مهم است؟ پوریا ناظمی

+ آشکارشدن امواج جاذبه؛ لحظه‌ای مهّم در تاریخ علم  همنشین بهار

+ ذهن زیبا یا متوهم ؟ فاطمه سیارپور

+ پیش به سوي یک استراتژي دموکراتیکی براي علم ویلیام کري

+ در آینده ای نزدیک دندان ها با شیشه ترمیم می شوند 

+ کبدچرب؛ بیماری آینده 

+ توربینی که پرواز می‌کند و چند برابر توربین‌های زمینی برق تولید می‌کند. 

+ خودرو‌هایی که با هم حرف می‌زنند جواد عسگری

+ شیوه‌های نوین درمان آسیب‌های مغزی 

+ کم‌آبی؛ هشداری برای 14 کشور خاورمیانه فرناز حیدری

+ چرا مخالف شبيه سازي انساني هستم؟ جرمي ريفکين

+ تبدیل بافت سرطانی به بافت سالم در آزمایشگاه bbc

+ دانشمندان در آزمایشگاه یک مغر انسان پرورش دادند 

+ طول عمر انسان محدودیت ندارد 

+ ويتامين‌هاي کاهش و افزايش وزن 

+ ناسا از کشف شبیه‌ترین سیاره به زمین خبر داد 

+ مغزهای متصل شده موش ها، کامپیوتر ارگانیک تولید می کند رضا مولوی

+ چگونه هوش هیجانی (EQ) خود را از 6 راه افزایش دهیم ؟  شیما عنایت فرد

+ ترکیب اپتوژنتیک و MRI برای مطالعه بیماری‌های مغزی 

+ دیدن با زبان امکانپذیر شد 

+ دستم را بفشار تا بگویم چقدر زنده می‌مانی بی بی سی

+ ناسا: رسیدن به سرعتی بیش از سرعت نور هنوز در حد رویا است بی بی سی

+ پیوند قلب مُرده به انسان برای اولین بار در جهان 

+ تاثیر درآمد والدین بر آناتومی مغزی کودکان 

+ چشم مصنوعی مجهز به وای – فای ساخته شد 

+ قدرتمندترین خودروی تمام برقی جهان ساخته شد 

+ کشف ارتباط سریع فکر کردن با عملکرد نوعی ژن 

+ استفاده از سفیده‌ تخم مرغ در فرآیند تولید نانوذرات 

+ نخستین قدم برای دستیابی به شهر هوشمند 

+ ساخت نوعی نانودارو برای درمان عفونت باکتریایی مقاوم به آنتی بیوتیک‌ها 

+ «بهبود وضعیت اخلاقی مرهون خرد و دانش است و نه فقط ادیان»  کامبیز توانا

+ تصویربرداری فوق پیشرفته از میکروب‌ها و ذرات نانو با دستاورد ساخت داخل 

+ کشف راز مهمترین ژن استخوان ساز توسط محقق ایرانی دانشگاه آلاباما 

+ کاشت حافظه مصنوعی در مغز برای به یاد آوردن خاطرات 

+ زمین آن‌قدرها هم به ماه وابسته نیست  Space

+ رمزگشایی از اسرارآمیزترین ذرات بنیادی حامد الطافی مهربانی

+ پیش‌بینی زمان مرگ با کاهش قدرت بویایی 

+ برنامه‌های سوئیس برای توسعه دیپلماسی علم (۳) 

+ شروع به کار نیروگاه تولید برق از انرژی امواج دریا 

+ مصرف شکر را به «پنج تا ده درصد» رژیم غذایی روزانه کاهش دهید 

+ آیا نظریه «بیگ‌بنگ» به چالش گرفته شده است؟ بکتاش خمسه پور

+ پروفسور سرکار آرانی : “چرا” شروع یادگیری است 

+ روزنامه نگار ی علم پوریا ناظمی

+ ویژگی های فلسفی هوش مصنوعی چیست؟  

+ پیش بینی فناوری ها و رویدادهای علمی آینده  تحریریه‌ی بیگ بنگ

+ جهانی برخاسته از هیچ! میچیو کاکو

+ یادگیری چگونه رخ می دهد؟ 

+ هوش مصنوعی و آینده ترسناک بشر 

+ ۱۱ دلیلی که شیر دیگر یک غذای جادویی نیست  نسیبه خانلرزاده

+ چگونه به ناممکن ها دست پیدا کنیم؟  

+ اختراعات تصادفی که جهان را تغییر داد جواد ارشادی

+ این درد می تواند از علایم افسردگی باشد 

+ خالکوبی هپاتیت می آورد؟ 

+ چگونه به وسیله اینترنت تحقیق کنیم؟  ربابه نصیرزاده

+ طراحی دیش‌هایی برای تولید برق، آب پاکیزه و تهویه مطبوع از خورشید 

+ ۱۴۸ فناوری و راهکار برای مدیریت بحران کم‌آبی 

+ شیمی درمانی تا ۲۰ سال دیگر منسوخ می‌شود 

+ برقراری اولین ارتباط تله‌پاتی مغز به مغز در جهان 

+ درمان درد مفصل با تغذیه مهتاب خسروشاهی‌

+ طبیعی ترین شیوه های مبارزه با درد 

+ درمان هدفمند به کمک داروهای هوشمند ایلیا امیری

+ ده پیش‌بینی درباره تحولات علمی و فنی جهان تا سال ۲۰۲۵  خبرگزاری آلمان

+ ماه به دیدار زمین می‌آید  همنشین بهار

+ خانه های چند نسلی، راه حل آلمان برای از تنهایی درآوردن مسن ترها 

+ چند پرسش و پاسخ کاربردی درباره خونریزی قلبی  

+ خبرنامه دیجیتال باشگاه آینده پژوهی وحید مطلق منتشر شد 

+ نفوذ دیجیتالی به مغز  مائده گیوه چین

+ درباره زمان، وجود، مشاهده، چیزها و اصول منطقی ریاضی - فیزیک کوانتوم وحید وحیدی مطلق

+ ابدی شدن و نامیرایی دیجیتال در سال 2045 محقق خواهد شد  

+ پیش بینی کاربردهای فناوری نانو تا سال 2020 

+ چسب زخم هوشمند  

+ افزایش عمر بیماران سرطانی با برداشتن پروستات 

+ با همکاری چشم و مغز؛ زمان حال کش می آید 

+ تولید نانو ذرات حامل دارو برای درمان سرطان سینه 

+ روز پرشکوه علم  پوریا ناظمی

+ نشانه‌هایی از آغاز عالم  سیما قاسمی

+ آزمایشگاهی به گستردگی کیهان  رضا منصوری

+ تا فردا راهی نیست  نوید احمدی‌روزبهانی

+ جهان در سال 2020 / وقتی در و دیوار شهر هم با شما سخن بگویند 

+ تحقق داستانهای علمی تخیلی / انسانهای آینده ضد گلوله اند 

+ اظهارات خواندنی میچیو کاکو: غیرممکن ها ممکن می شوند! میچیو کاکو

+ آیا این جهان واقعا وجود دارد؟ Victor Vahidi Motti

+ جستاری در تاریخچه، مبانی و شاخه های علم هوش مصنوعی  بهروز نوعی پور

+ سفری با رؤیای رسیدن به ستاره‌ها  دكتر رضا منصوری،

+ ساخت دست مصنوعی که می‌تواند حس کند  



info@ayandehnegar.org
©Ayandehnegar 1995