جستجوی ذرات جدید در شتاب دهنده

 زینب شاه مرادی - مرکز یادگیری تبیان
به گزارش بیگ بنگ، معادله مشهور اینشتین، E=mc2، بیان می‌دارد که جرم و انرژی دو سوی یک سکه هستند. به دلیل وجود چنین همبستگی بین جرم و انرژی، شتاب دهنده تنها می‌تواند ذراتی را تولید کند که سبک‌تر از میزان انرژی پمپاژ شده توسط این دستگاه به سوی پروتون‌هایی باشد که در حال برخورد با یکدیگر هستند. هنگامی که شتاب دهنده، بوزون هیگز مشهور را تولید نمود، در ۳٫۵ ترا الکترون ولت یا TeV برای هر پرتو مشغول به کار بود.
این بدان معناست که هر پروتون در درون تونل ِ ۲۷ کیلومتری برخورد دهنده آنقدر شتاب گرفته تا اینکه توانسته ۱۷ هزار برابر انرژی متوسط ​​آزاد شده توسط یک اتم اورانیوم در طی انفجار هسته‌ای را حمل نماید. در مقایسه، بوزون هیگز دارای حجم نسبتا کمتر ۱۲۵ گیگا الکترون ولت است که بسیار کوچکتر از آن چیزی است که شتاب دهنده از لحاظ تئوریک قادر به تولید آن می‌باشد. با این حال، شتاب دهنده مجبور بود دو سال کامل یک ریز کار کند تا دانشمندان داده‌های کافی مورد نظر خود را جمع آوری کنند و بتوانند با اطمینان بگویند که بالاخره ذره بوزون هیگز را کشف نموده‌اند؛ چرا که اگر کسی سعی داشته باشد جایزه نوبل را بدست آورد، باید مطمئن شود که تصاویر، مبتنی بر داده‌های واقعی هستند و نه اصطلاحات آماری.
در حقیقت، شتاب دهنده می‌تواند هر چیزی را که به انرژی کمتری از انرژی آن نیاز داشته باشد تولید نماید اما مشکل این است که سرعتی که شتاب دهنده در آن این ذرات را تولید می کند، بسیار اندک است. وقتی دو پرتو پروتون که هر کدام ده میلیارد قدرت دارند – ۱۰ هزار بار در یک ثانیه از یکدیگر عبور می‌کنند، احتمال رخ دادن برخوردی واقعی بین این دو پروتون نسبتا محال است و حتی ممکن است در هر چند صد میلیون بار، یک بار رخ دهد. از میان میلیون‌ها و تریلیون‌ها برخورد، یکی از آن ها می‌تواند ذره‌ای به سنگینی “بوزون هیگز” را تولید کند که ممکن است تنها پس از یک میلیارد بار برخورد اتفاق بیافتد.
اگر دانشمندان برای تأیید ردیابی بوزون هیگز به پروسه‌ای ۲ ساله نیاز داشتند، پس مطمئنا زمان بیشتری برای ردیابی ذرات سنگین‌ تر باید صرف شود. لذا یکی از راه حل‌های پیشنهادی، ارتقا شتاب دهنده بود، که این کار در بین سال‌های ۲۰۱۳ تا ۲۰۱۵ انجام شد. شتاب دهنده اکنون در ۶٫۵ ترا الکترون ولت برای هر پرتو مشغول به کار است. اما رویکرد مکملی نیز برای ارائه راه حل جایگزینی به منظور تجزیه و تحلیل داده‌های موجود وجود دارد. کشف بوزون هیگز یک تحول عظیم در داده‌ های شتاب دهنده به شمار می آید و اما مطالعه جدید نشان می‌دهد که با استفاده از اثر دقیق‌ تری به نام مداخلات کوانتومی، می‌توان ذرات بیشتری را شناسایی کرد.
ذا، می‌توان گفت که این روش دیگری است که توسط آن ذره می‌تواند خود را نمایان سازد، حتی اگر ردیابی آن برای شتاب دهنده بسیار سنگین باشد. البته ما قطعا به دنبال یک تحول عظیم دراماتیک نیستیم، بلکه این تنها یک تغییر کوچک در شکل ِ داده‌ها خواهد بود. رودرمن و همکارانش بجای اینکه به طور مستقیم ذرات جدید را جستجو کنند، تصور می‌کنند دانشمندان می‌توانند نشانه‌های ذرات جدید را با جست و جوی اثراتی کشف کنند که آنها بر توزیع ذرات توده پایین‌تر، تولید شده توسط شتاب دهنده خواهند داشت. ریزوی تصور می‌کند که این روش جدید از پتانسیل لازم برای کشف ذراتی با جرم‌های تقریبی بین ۱ تا ۵ ترا الکترون ولت برخوردار می‌باشد.
ریزوی در این خصوص گفت: ذرات سبک‌ تر از ۱ ترا الکترون ولت می‌توانند به طور مستقیم شناسایی شوند و ذرات سنگین‌تر از ۵ ترا الکترون ولت می‌توانند از طریق پدیده‌ای که به عنوان “اختلالات کوانتومی” نامیده می‌شود و با استفاده از چندین مدل موجود، بطور غیرمستقیم شناسایی گردند. سوالی که پیش می آید این است که پس از کشف بوزون هیگز توسط شتاب دهنده، نام مستعاری که توسط بسیاری از فیزیکدانان مورد انتقاد قرار گرفته، چه چیز دیگری باید کشف شود؟ رودمن می‌گوید:« واقعا ایده‌های زیادی برای انواع ذرات جدیدی که می‌توانند وجود داشته باشند مطرح شده است. به عنوان مثال، ذرات جدید ممکن است به توضیح ماده تاریک کمک کنند. اما در حقیقت، این تنها یک بازی اکتشافی است و هنوز هیچ چیز ِ قطعی وجود ندارد.»


منبع: http://bigbangpage.com