آغاز به كار بزرگ ترين شتاب دهنده ذره در جهان همه دستاوردهاي يك نسل

واضح آرشیو وب فارسی:ايسنا: آغاز به كار بزرگ ترين شتاب دهنده ذره در جهان همه دستاوردهاي يك نسل
سليمان فرهاديان

روز چهارشنبه 20 شهريور بزرگ ترين شتاب دهنده ذرات جهان در مركز پژوهش هاي فيزيك ذرات بنيادي (سرن) كار خود را آغاز كرد. با آغاز به كار اين ابزار كه برخورددهنده بزرگ هادروني نام دارد، مرحله تازه يي از پژوهش هاي فيزيكي آغاز شده است. در اين آزمايش كه بزرگ ترين و پيچيده ترين و پرهزينه ترين آزمايش لقب گرفته است و برخي آن را بزرگ ترين رويداد علمي تاريخ بشر ناميده اند، قرار است فيزيكدانان به بنيادي ترين رازهاي جهان پي ببرند. در يك طرف فيزيكدانان ذرات مي خواهند اصلي ترين اجزاي سازنده ذرات را بشناسند و به بسياري از پرسش هاي ماندگار خود پاسخ دهند از جمله اينكه چرا ذرات جرم دارند و چگونه مي توان نظريه هاي مربوط به ماده را آزمود و از طرف ديگر كيهان شناسان مي خواهند با انجام اين آزمايش ها وضعيت جهان را در نخستين لحظه هاي پس از انفجار بزرگ شبيه سازي كنند. به همين مناسبت نگاهي داريم به موسسه تحقيقاتي سرن و برخورددهنده بزرگ آن.

هنگامي كه پرتوهاي پروتون در دالان هاي برخورددهنده بزرگ هادرون در جهت عقربه هاي ساعت و سرعت بسيار نزديك به سرعت نور به حركت درآمدند، آخرين مرحله از بزرگ ترين آزمايش فيزيكي جهان آغاز شد. هدف از آزمايشي كه در سرن آغاز شده آن است كه به مهم ترين پرسش ها درباره ماهيت ماده پاسخ دهد. اينكه منشاء ماده و به ويژه جرم ماده از چيست، چرا جهان از ماده ساخته شده است و از ضد ماده نيست و ماهيت ماده تاريك چيست، پرسش هاي بسيار دشواري است كه دانشمندان اميدوارند با انجام اين آزمايش به پاسخ آنها دست يابند. در معتبرترين نظريه فيزيكي مربوط به ذرات با عنوان «مدل استاندارد» از ذراتي نام برده مي شود با نام هيگز كه عامل جرم دار شدن ذرات است. هرچند كه اين نظريه از مباني نظري پايداري برخوردار است، اما تاكنون هيچ نشانه مستقيمي از وجود اين ذره ارائه نشده است، ولي فيزيكدانان اميدوارند با انجام اين آزمايش نشانه هايي از وجود آن بيابند و به درك كامل تري از ماهيت ماده برسند. ابر تقارن مفهوم نظري ديگري است كه در اين آزمايش مباني آن بررسي مي شود. گفته مي شود در اولين لحظه هاي تشكيل جهان چهار نيروي اصلي جهان (گرانش، الكترومغناطيس، هسته يي قوي و هسته يي ضعيف) يكي بودند، اما پس از مدتي از يكديگر جدا شده و به صورت چهار نيروي مجزا درآمدند. اميد است كه با اين آزمايش ها بتوان به شناخت كامل تري از اين چهار نيرو نايل شد. بنابر پيش بيني نظريه ها، همه ذرات يك «همزاد ابر متقارن» نيز دارند. شايد ماده تاريك كه گفته مي شود بيش از 95 درصد از جرم جهان را تشكيل مي دهد نيز از اين ذرات ابر متقارن تشكيل شده باشد. اما اين همه موضوع هاي پژوهشي LHC نيست، احتمال وجود ابعاد ديگر و ماهيت سياهچاله ها از ديگر موضوع هايي است كه انتظار مي رود اين آزمايش به آنها پاسخ گويد.

برخورد دهنده هادروني چيست

برخورد دهنده بزرگ هادروني بزرگترين و پرقدرت ترين مجتمع شتاب دهنده ذرات است كه هدف آن به هم كوباندن دو پرتو از پرتون (يكي از انواع هادرون ها) با انرژي بسيار زياد است. هدف اصلي اين ابزار بررسي صحت ، اعتبار و محدوديت هاي مدل استاندارد است. مدل استاندارد تصوير كنوني ما از فيزيك ذرات است. پيش بيني مي شود كه اين آزمايش ها بتواند وجود بوزون هاي هيگز را تاييد كند. در صورت اثبات وجود بوزون هيگز يكي از خلاءهاي مدل استاندارد پر مي شود و توضيح مي دهد كه ذرات بنيادي ديگر چگونه داراي جرم مي شوند. LHC را سازمان اروپايي پژوهش هاي هسته يي (سرن) ساخته است و در مرز فرانسه و سوئيس قرار دارد. كار LHC به تازگي آغاز شده است و پرتوهاي پرتون در مدار 27 كيلومتري آن دور زده اند، اما نخستين آزمايش مربوط به برخورد اين پرتوها يك ماه ديگر انجام مي شود. اين برخورد دهنده داراي شش آشكار ساز است كه در دالان هاي آن نصب شده است. از اين شش آîشكارساز، ATLAS و CMS آشكارسازهاي بزرگ و چند منظوره ذرات هستند. برخورد دهنده بزرگ يوني (ALICE) و LHCB اختصاصي تر هستند و دو آشكارساز ديگر TOTEM و LHCF بسيار كوچك تر هستند و در پژوهش هاي بسيار تخصصي تر به كار مي روند. طبق پيش بيني ها بايد در اين آزمايش ها بوزون هاي هيگز توليد و مشاهده شود. گفتني است، بوزون هيگز آخرين ذره مشاهده نشده در مدل استاندارد ذرات است. با كشف اين ذره مي توان دريافت ذرات تشكيل دهنده جهان چگونه داراي جرم مي شوند. علاوه بر اينها دانشمندان اميدوارند با آغاز به كار اين شتاب دهنده بتوان به پرسش زير پاسخ داد.

آيا مكانيسم هيگز براي توليد جرم ذرات بنيادي در مدل استاندارد با رفتار طبيعت همخواني دارد؟ و اگر چنين است چقدر بوزون هيگز وجود دارد و جرمشان چقدر است؟

- آيا همان گونه كه نظريه هاي گوناگون وحدت بزرگ پيش بيني مي كنند، الكترومغناطيس، نيروي هسته يي قوي و نيروي هسته يي ضعيف تنها نمادهاي مختلفي از يك نيروي واحد است؟

- چرا گرانش تا اين اندازه از ديگر نيروهاي طبيعت ضعيف تر است؟

- آيا ابرتقارن در طبيعت وجود دارد، به بيان ديگر ذرات مدل استاندارد همزاد ابرتقارني دارند؟

-چرا بين ماده و ضدماده عدم تقارن وجود دارد؟

- ماهيت ماده تاريك و انرژي تاريك چيست؟

- آيا همان گونه كه نظريه هايي مانند نظريه تار پيشگويي مي كنند، ابعاد اضافه ديگري وجود دارد و اگر اين ابعاد وجود داشته باشد، مي توان آنها را آشكار ساخت؟

هر چند كه از بين همه دستاوردهاي آينده LHC كشف ذره هيگز از همه محتمل تر است، اما به اين موضوع هم نمي توان يقين داشت. استفن هاوكينگ در مصاحبه يي به بي بي سي گفته است؛ «بسيار هيجان انگيزتر مي شود اگر نتوانيم ذره هيگز را كشف كنيم. اين موضوع نشان مي دهد يك جاي كار غلط است و ما بايد دوباره فكر كنيم. من صد دلار شرط بندي كردم كه نمي توانيم هيگز را بيابيم.» وي در همان گفت وگو از احتمال يافتن ابر همزادها سخن مي گويد و اضافه مي كند؛ «گذشته از اينكه LHC چه چيزي را كشف كند، يا كشف نكند، نتايج آزمايش ها گفتني هاي بسياري در مورد جهان به ما مي آموزد.»

سرن كجاست

سرن كه مخفف عبارت «سازمان اروپايي پژوهش هاي هسته يي» است، بزرگ ترين آزمايشگاه فيزيك ذرات در دنيا محسوب مي شود و در شمال غرب ژنو در مرز سوئيس و فرانسه قرار دارد. سرن در سال 1954 تاسيس شد و هم اكنون 2600 كارمند تمام وقت در آن كار مي كنند. حدود هشت هزار دانشمند و مهندس كه از حدود 500 دانشگاه و موسسه پژوهشي و هشتاد كشور گرد هم آمدند، در سرن سرگرم پژوهش اند. كار اصلي سرن ساخت شتاب دهنده هاي ذرات و ديگر زير ساخت هاي لازم براي پژوهش هاي فيزيك در حوزه انرژي زياد است. سرن براي تحليل داده هاي حاصل از آزمايش هاي گوناگون خود، يك مركز بزرگ كامپيوتري در شهر ميرين دارد كه از تجهيزات بسيار قدرتمندي براي پردازش اطلاعات تشكيل شده است. بعدها براي آنكه پژوهشگران سرتاسر جهان بتوانند به اين اطلاعات دسترسي داشته باشند، شبكه يي براي انتقال اطلاعات طراحي شده است. از آنجايي كه سالانه بيش از يك ميليارد دلار هزينه در سرن صرف مي شود، ممكن است اين پرسش پيش آيد كه اصولاً سرن طي بيش از يك قرن فعاليت خود، چه دستاوردهايي داشته است. هر چند كه دستاوردهاي سرن بسيار است، اما مي توان به موارد زير به عنوان مهم ترين آنها اشاره كرد؛

كشف بوزون هاي wوZ در سال 1983، تعيين انواع نوترينوها در برخورد دهنده بزرگ الكترون- پوزيترون در سال 1989، توليد اولين نمونه هاي اتمي ضد هيدروژن در سال 1995 و كشف شواهد مستقيمي براي نقض CP (بار- پاريته) در سال 1999.

به دليل همين كارهاي پيشگام دانشمندان سرن بود كه جايزه نوبل فيزيك سال 1984 به كارلوروبيا و سايمون وان در مير براي كشف بوزون هاي wوZ و همچنين جايزه نوبل فيزيك سال 1992 به جرج چارپاك براي ابداع نوعي از آشكارساز ذره اهدا شد.

اما يكي از مهم ترين دستاورهاي سرن شبكه جهان گستر (World wide web) يا همان www است. www مهم ترين مشخصه http يا پروتكل جا به جايي ابر لينك ها است. سرن در سال 1990 براي ارتباط بين پژوهشگران و دانشمندان خود اين شيوه را ابداع كرد. اولين وب سايت نيز در سال 1991 راه اندازي شد. در 30 آوريل 1993 سرن اعلام كرد كه دسترسي به شبكه جهان گستر براي همه مردم آزاد است. نسخه يي از اولين صفحه وب كه برنرزلي ايجاد كرد، به عنوان يك سند تاريخي هنوز هم در وب در دسترس است. در سال 1995 از سرتيم برنرزلي به خاطر مشاركت در توسعه شبكه جهان گستر قدرداني شد.

نگراني از پايان جهان

پيش از آنكه اين شتاب دهنده كار خود را آغاز كند، بسياري از مردم نسبت به اين دستگاه، امنيت آن و همچنين پيامدهاي احتمالي آن به شدت ابراز نگراني كردند. بسياري از مردم با تماس هاي تلفني و فرستادن اي ميل خواستار توقف اين آزمايش ها شده بودند، حتي عده يي نيز به دادگاه حقوق بشر اروپا شكايت برده و از آن دادگاه خواسته بودند باعث توقف اجراي اين آزمايش ها شود. هرچند كه مجريان اين آزمايش ها بارها اعلام كرده بودند اين آزمايش ها خطري ندارد، اما برخي از افراد بدگمان همچنان بر توقف آزمايش ها پافشاري مي كردند. اما موضوع از چه قرار بود؟

كارشناسان در معرفي چگونگي كاركرد اين دستگاه گفته بودند قرار است پرتوهايي از پروتون ها با سرعتي نزديك به سرعت نور با يكديگر برخورد كنند و در نتيجه آن سياهچاله هايي ايجاد مي شود. سياهچاله ها اجرامي هستند كه جرم بسيار زيادي دارند و به دليل جاذبه گرانش شديدي كه دارند، هيچ چيز (حتي نور) نمي تواند از ميدان جاذبه آنها بگريزد، به همين دليل ديده نمي شوند (نامگذاري سياهچاله نيز به همين دليل است). اما در تصويرهاي مبهمي كه مردم عادي از سياهچاله ها در ذهن دارند، آنها موجوداتي ترس آور و وحشتناك هستند و هرچيزي را كه در اطراف شان باشد، مي بلعند. همين موضوع باعث نگراني آنها شد. اما بايد يادآور شد سياهچاله هايي كه در اين آزمايش ها توليد مي شود، بسيار بسيار كوچك است (در ابعاد پروتون) و ديگر آنكه اين سياهچاله ها يك ميلياردم ثانيه پس از ايجاد شدن نابود مي شود. با اين همه منتقدان قانع نشده و اين احتمال را مطرح كردند كه ممكن است اين سياهچاله هاي ميكروسكوپي با يكديگر تركيب شده و در نتيجه آنقدر بزرگ و ماندگار شوند كه كم كم ماده موجود در اطراف خود را ببلعند و در نهايت خطري را براي همه كره زمين و ساكنان آن ايجاد كنند. گفتني است پيش از اين نيز در سال 1999 برخي افراد شكاك كه نگراني هاي مشابهي داشتند، خواستار توقف آزمايش شتاب دهنده نسبيتي يون هاي سنگين شدند؛ اما نه آنها توانستند مانع اجراي آزمايش ها شوند و نه اجراي آزمايش خطري به وجود آورد.

نقش ايران در اين پژوهش

همان گونه كه گفته شد در اين پژوهش از مجموعه بسيار بزرگي از شتاب دهنده ها و آشكارسازها استفاده مي شود كه كار طراحي، ساخت، راه اندازي و بهره برداري از آنها توسط مراكز پژوهش، دانشگاه ها و شركت هاي بزرگ علمي و صنعتي سراسر جهان اجرا مي شود. ايران نيز يكي از كشورهايي است كه در اين پروژه نقش موثري دارد.CMS Compact Muon Solenoid)) يكي از چهار ابزار مهم LHC است كه ايران با ساخت قسمت مكانيكي ابزار با عنوان «ميز نگهدارنده آشكارساز و محفظه استوانه يي پوشاننده آن» در اين تحقيقات مشاركت كرده است. مراحل ساخت اين ميز با نظارت مهندسان سرن انجام شده است. اين ميز مي تواند قطعه هايي به وزن 200 تا 300 تن را تحمل كند و اجزاي آن با فاصله ميلي متري از يكديگر باز و بسته مي شود. گفتني است ايران با مشاركت در اين طرح پژوهشي، منافع اقتصادي كوتاه مدتي ندارد، اما مي تواند با مشاركت در يك پروژه علمي بين المللي در بالاترين سطح پژوهش در حوزه فيزيك ذرات بنيادي، دستاوردهاي علمي بسياري را نصيب كشور كند. دكتر رضا منصوري نيز با بيان اينكه همكاري هاي ايران با سرن از حدود هفت سال پيش آغاز شده است، تصريح كرد؛ اين موضوع حدود 10 سال در داخل كشور پيگيري شد تا همكاري ايران و سرن محقق شود، به طوري كه ابتدا وزارت علوم، تحقيقات و فناوري و سپس پژوهشگاه دانش هاي بنيادي كار را پيگيري كردند. وي خاطرنشان كرد؛ ايران در زمينه ساخت آشكارساز CMS با پروژه همكاري داشته و ساخت قطعاتي از آن را برعهده گرفت كه به علت موفقيت در مديريت ساخت اين قطعه ها، جايزه يي به ايران تعلق گرفت.

دكتر منصوري در گفت وگو با ايسنا با بيان اينكه همكاري در اين پروژه، راه را براي كسب دانش و آشنا شدن محققان ايراني با مديريت پروژه هاي بزرگ علمي هموار كرد، افزود؛ انتقال دانش فني مرتبط با علم و فناوري خاص اين حوزه و تربيت نيروي متخصص از ديگر مزيت هاي همكاري ايران در پروژه سرن به شمار مي رود. وي افزود؛ مدل همكاري ايران با سرن نشان داد كه مي توان با هزينه كم، دستاوردهاي بسيار زيادي در جهت علم و فناوري داشت.

گفتني است هم اكنون تعدادي از دانشجويان دكتراي فيزيك ذرات دانشگاه هاي مختلف ايران براي انجام پايان نامه دكتراي خود از پژوهشگاه دانش هاي بنيادي به مركز سرن مي روند.دكتر فرهاد اردلان عضو هيات علمي پژوهشكده دانش هاي بنيادي كه براي شركت در مراسم افتتاح ال اچ سي در سرن حضور داشت، درباره جزئيات اين قرارداد گفت؛ به موجب آن ايران قطعه يي از ايستگاه آشكارساز سي ام اس را ساخت و در عوض قرار شد تعدادي از دانشجويان ايراني در رشته هاي مرتبط براي انجام پايان نامه دكتراي خود به سرن بيايند.

دكتر فرهاد اردلان با اشاره به موفقيت آميز بودن ساخت قطعه مورد نظر توسط شركت ايراني «هپكو» گفت؛ اين شركت در سال 2004 ميلادي جايزه طلايي سي ام اس را به دليل ساخت اين قطعه از سرن دريافت كرد.

وي تاكيد كرد؛ علاوه بر اين موفقيت، فيزيكدانان و دانشجويان فيزيك ايراني نيز به طور مداوم در برنامه هاي شتاب دهنده ذرات در سرن مشاركت داشته اند و براي ساخت شتاب دهنده بزرگ ديگري در سرن كه در دستور كار 10 سال آينده قرار دارد نيز همكاري خواهند كرد.

اين استاد دانشگاه صنعتي شريف هدف اصلي ايران از حضور در پروژه هاي سرن را مشاركت در مباحث علمي جهاني در پيشرفته ترين سطح عنوان كرد و افزود؛ مهم ترين اثر اين مشاركت، دستيابي ايران به پيشرفته ترين فناوري ها در زمينه شتاب دهنده است.

به گفته وي اگر دانشجويان ايراني در اين تحقيقات و آزمايش ها شركت نمي كردند، مجبور بوديم آخرين و پيشرفته ترين دستاوردهاي آنها در زمينه فناوري هاي شتاب دهنده ها را با صرف هزينه بسيار خريداري كنيم.

اردلان با اشاره به برنامه ايران براي ساخت شتاب دهنده ذرات طي 10 سال آينده گفت؛ ايران براي فعاليت در فيزيك ذرات، برنامه ريزي بلندمدت دارد و اين برنامه ها از طريق پژوهشكده دانش هاي بنيادي پيگيري خواهد شد.

وي در ادامه با تاكيد بر اهميت راه اندازي شتاب دهنده ذرات ال اچ سي به عنوان يك رويداد مهم علمي گفت؛ ساخت اين ماشين و رساندن آن به مرحله افتتاح، حاصل كار يك نسل است. شايد بتوان گفت اين رويداد، مهم ترين اتفاق نسل فعلي فيزيكدانان جهان است.

پس از سال ها كار گروهي در حقيقت پيشكسوتان كنوني فيزيك دنيا در سرن با راه اندازي اين شتاب دهنده، حاصل سال ها كار نظري و عملي خود را خواهند ديد تا شايد نسل بعدي فيزيكدانان با طرح سوال هاي جديدتر، مرز ميان دانسته ها و نادانسته هاي خود از عالم هستي را جابه جا كرده و كمي جلوتر ببرند. رئيس پژوهشكده ذرات و شتابگرهاي پژوهشگاه دانش هاي بنيادي، در عين حال سهم ايران در اين پروژه را با توجه به جايگاه درخور كشورمان، حتي در مقايسه با برخي كشورهاي منطقه اندك خواند و به ايسنا گفت؛ همكاري با سرن مي تواند ضمن ارتقاي جايگاه و اعتبار علمي كشور تجارب، آموزه ها و دستاوردهاي علمي، مديريتي و تكنولوژيك فراواني براي كشور داشته باشد و محققان كشور ما هم از ظرفيت بالايي براي مشاركت در اين پروژه برخوردارند. با اين حال به دليل مسائل مالي و عدم تخصيص اعتبارهاي لازم، همكاري ما با اين پروژه بسيار محدود شده است، به طوري كه كشورهايي مثل تركيه و پاكستان در همسايگي ما سرمايه گذاري و بهره برداري بسيار بيشتري از اين پروژه عظيم بين المللي دارند.وي گفت؛ اگر مسوولان بودجه كافي را به همكاري هاي ايران در اين پروژه علمي اختصاص دهند، مي توانيم تعداد دانشجويان و محققان ايراني اعزامي به سرن را كه در حال حاضر انگشت شمار هستند افزايش دهيم و تعهدات خود را در زمينه ساخت بخشي از آشكارسازهاي پيشرفته شتابگر عظيم سرن كه مي تواند بستري براي انتقال دانش و فناوري هاي پيشرفته به كشور باشد، عملي كنيم.

گفتني است به دنبال مشاركت موفقيت آميز ايران در پروژه CMS، كشورمان در پروژه گريد نيز با سرن همكاري مي كند. گريد سرويس نرم افزاري براي به اشتراك گذاشتن توان محاسباتي و فضاي ذخيره داده ها بين كامپيوترهاي متصل به هم است و هدف نهايي از آن ايجاد يك شبكه وسيع جهاني محاسباتي و اطلاعاتي است.
چهارشنبه 3 مهر 1387

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: ايسنا]

[مشاهده در: www.isna.ir]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 494]