برخورددهنده‌ی هادرونی بزرگ درهم کوبیدن پرانرژی پروتون‌ها را آغاز می‌کند
ده سال پس از کشف ذره‌ی زیراتمی بوزون هیگز، برخورددهنده‌ی هادرونی بزرگ در تلاش برای افشای اسرار بیشتری در مورد شیوه‌ی عملکرد کیهان، شروع به در هم کوبیدن پروتون‌ها در سطوح انرژی بی‌سابقه‌ای می‌کند.
بزرگ‌ترین و قوی‌ترین برخورددهنده‌ی ذرات جهان پس از سه سال وقفه برای به‌روزرسانی در آماده‌سازی برای اجرای سوم، در ماه آوریل (اردیبهشت) دوباره شروع به کار کرد و هفته‌ی گذشته بود که «سازمان اروپایی تحقیقات هسته‌ای» (European Organization for Nuclear Research) یا «سرن» (Cern) اعلام کرد این برخورددهنده از روز سه‌شنبه، تقریبا به مدت چهار سال با انرژی بی‌سابقه‌ی ۱۳.۶ تریلیون الکترون ولت، به صورت شبانه‌روزی کار خواهد کرد.
این برخورد دهنده دو پرتو پروتون، از ذرات موجود در هسته‌ی یک اتم، را در جهت مخالف و با سرعت نور در اطراف یک حلقه‌ی ۲۷ کیلومتری که در ۱۰۰ متری زیر زمین در مرز سوئیس و فرانسه قرار گرفته است، به هم می‌کوبد.
برخوردهای حاصل، توسط هزاران دانشمند به‌عنوان بخشی از مجموعه‌ای از آزمایش‌ها، از جمله «اطلس» (ATLAS)، «سی‌ام‌اس» (CMS)، «آلیس» (ALICE) و «ال‌اچ‌سی‌بی» (LHCb) ثبت و تجزیه‌وتحلیل خواهند شد که از این قدرت افزایش یافته برای کاوش ماده‌ی تاریک، انرژی تاریک و دیگر اسرار بنیادین جهان استفاده می‌کنند.
۱.۶ میلیارد برخورد در ثانیه
«مایک لامونت» (Mike Lamont) رئیس شتاب‌دهنده‌ها و فناوری سرن گفت: «هدف ما این است که ۱.۶ میلیارد برخورد پروتون-پروتون در ثانیه برای آزمایش‌های اطلس و سی‌ام‌اس ایجاد کنیم.»
او اضافه کرد که این بار پرتوهای پروتون به کمتر از ۱۰ میکرون (یعنی یک‌هفتم ضخامت تار موی انسان) باریک می‌شوند تا نرخ برخورد افزایش یابد. این نرخ انرژی جدید به دانشمندان امکان می‌دهد تا «بوزون هیگز» (Higgs Boson) را که برخورد دهنده‌ی هادرونی بزرگ برای نخستین بار در ۴ جولای ۲۰۱۲ (۱۳ تیر ۱۳۹۱) مشاهده کرد، بیشتر بررسی کنند.
شمار برخوردهای شتاب‌دهنده‌ی ذرات این بار ۲۰ برابر بیشتر است.
Credit: CERN
این کشف تا حدودی دنیای فیزیک را متحول کرد زیرا بوزون در مدل استاندارد، نظریه‌ی جریان اصلی همه‌ی ذرات بنیادی سازنده‌ی ماده و نیروهای حاکم بر آن‌ها، قرار می‌گیرد. با این حال چندین یافته‌ی اخیر پرسش‌هایی را درباره‌ی مدل استاندارد ایجاد کرده اند و برخورد دهنده به تازگی ارتقا یافته به بوزون هیگز با عمق بیشتری نگاه خواهد کرد.
«فابیولا جیانوتی» (Fabiola Gianotti) مدیر کل سرن، که برای اولین بار کشف این بوزون را یک دهه پیش اعلام کرد، گفت: «بوزون هیگز با برخی از عمیق‌ترین سؤالات باز در فیزیک بنیادی امروز مرتبط است.»
در مقایسه با اولین حرکت برخورددهنده که باعث کشف بوزون شد، این بار ۲۰ برابر بیشتر برخورد صورت خواهد گرفت. لامونت خاطرنشان کرد: «این افزایش قابل توجهی است و راه را برای اکتشافات جدید هموار می‌کند.»
«یواخیم منیخ» (Joachim Mnich) رئیس تحقیقات و محاسبات سرن هم اشاره کرد که هنوز چیزهای بیشتری برای یادگیری در مورد بوزون وجود دارد. اینکه «آیا بوزون هیگز واقعا یک ذره‌ی بنیادی است یا ترکیبی محسوب می‌شود؟ آیا این تنها ذره‌ی هیگز-مانندی است که وجود دارد یا ذره‌ی دیگری هم هست؟»
«یواخیم منیخ» رئیس تحقیقات و محاسبات سرن
Credit: CERN
فصل جدید فیزیک
آزمایش‌های گذشته جرم بوزون هیگز و همچنین بیش از ۶۰ ذره‌ی مرکب پیش‌بینی‌شده توسط مدل استاندارد، مانند تتراکوارک را تعیین کرده‌اند. اما به گفته‌ی «جیان جیودیس» (Gian Giudice)، رئیس بخش فیزیک نظری سرن مشاهده ذرات تنها بخشی از کار است. او افزود: «فیزیک ذرات صرفا نمی‌خواهد چگونگی را بفهمد، بلکه هدف ما درک چرایی موضوع است.»
از میان ۹ آزمایش برخورددهنده‌ی هادرونی بزرگ می‌توان به ALICE اشاره کرد که ماده‌ای را که در ۱۰ میکروثانیه‌ی اول پس از مه‌بانگ وجود داشت بررسی می‌کند و همچنین LHCf که برخوردهای پرانرژی را برای شبیه‌سازی پرتوهای کیهانی به‌کار می‌گیرد.
پس از این اجرا، برخورددهنده در سال ۲۰۲۹ به عنوان برخورددهنده‌ی هادرونی بزرگ با درخشندگی بالا بازخواهد گشت و شمار رویدادهای قابل تشخیص را ۱۰ برابر افزایش می‌دهد. فراتر از آن، دانشمندان در حال برنامه‌ریزی یک برخورددهنده‌ی دایره‌ای آینده هستند، حلقه ای ۱۰۰ کیلومتری که هدف آن رسیدن به انرژی‌های عظیم ۱۰۰ تریلیون الکترون‌ولت است.
اما اکنون فیزیکدانان مشتاقانه منتظر نتایج سومین دوره‌ی برخورددهنده‌ی هادرونی بزرگ هستند و به گفته‌ی مؤسسه‌ی سرن «فصل جدید فیزیک در حال آغاز است.»
عکس کاور: برخورددهنده‌ی هادرونی بزرگ
Credit: CERN
منبع: Phys.Org
