مصاحبه با سخنگوی آزمایشگاه CERN
مصاحبه با سخنگوي آزمايشگاه CERN
10سپتامبر 2008، بزرگترين ماشين علمي دست ساخته بشر، چشمان خود را گشود تا به تماشاي نخستين لحظات خلقت کيهان بنشيند. شتاب دهنده غول پيکر LHC (ابرتصادم گر هادروني)، بعنوان بزرگترين آزمايشگاه علمي بشر، ابزار کارآمدي است که به تحقيق پيرامون بنيان هاي سازنده ماده و ابعاد مجهول کيهان پيرامون ما مي پردازد. اين آزمايشگاه با شبيه سازي رويدادي مشابه آنچه 7/13 ميليارد سال پيش در هنگام وقوع انفجار بزرگ بعنوان مبدا کيهان، رخداد؛ بدنبال بنيادي ترين ذرات سازنده ماده است. برخورد دهنده هاي ذرات، با برخورد دادن ذرات بارداري همچون پروتون در ميدان هاي عظيم الکتريکي به سرعت هاي سرسام آوري نزديک به سرعت نور، ذرات آزاد شده در جريان برخورد را مورد مطالعه قرار مي دهند. پيش از اين، برخورد دهنده هاي تواترون (Tevatron) در آزمايشگاه فرمي و نيز RHIC واقع در ايالت هاي اليونيس و نيويورک ايالات متحده، رازهاي بسياري را از جهان محصور در ابعاد زيراتمي فاش کرده بودند؛ اما قدرت بسيار بيشتر برخوردها و نيز حسگر هاي پيشرفته تر LHC، به بشر اين امکان را خواهد داد تا کشفيات شايان توجهي را در حوزه فيزيک جديد به انجام برساند.
فيزيکدانان چگونه ذرات بنيادي را مشاهده مي کنند؟
کوچک ترين ذره اي که تاکنون وجود آن به اثبات رسيده است، کوارک نام دارد. در اصطلاح فيزيک، هر ذره اي که از تجمع کوارک ها بوسيله نيروي قوي هسته اي بوجود آيد، هادرون ناميده مي شود. الکترون ها و پروتون ها نمونه هايي از ذرات هادروني مي باشند. مي دانيم که براي مشاهده يک ميکروب و يا ساختارهاي ميکروسکوپي يک برگ به راحتي مي توان از يک ميکروسکوپ معمولي استفاده کرد که رفتار آن بر اساس عملکرد نور است. طول موج نور معمولي نيز در حدود 10 به توان 6- متر مي باشد. بنابراين ذراتي با ابعاد کوچکتر از اين را نمي توان با ميکروسکوپ معمولي مشاهده کرد. از اينرو ميکروسکوپ هاي الکتروني براي مشاهده مولکول ها و اتم ها بکار مي روند که به امواجي با طول موج 10 به توان 9- متر فعاليت مي کنند. از يکسو ايجاد امواجي با طول موج هاي بالاتر نيز مستلزم بکار بردن انرژي بيشتري است. حال مشاهده الکترون ها و کوارک ها که در ابعادي به اندازه 10 به توان 18- و 19- متر هستند، نيازمند ميکروسکوپي با توان ايجاد چنين طول موج هايي است که انرژي بسيار زيادي را مي طلبد. LHC، با بهره گيري از آهنرباهاي ابررساناي فوق العاده عظيم، تشکيل شده از 270 هزار کيلومتر سيم هادي جريان که در دماي 9/272- درجه سانتيگراد کار کرده و ميدان مغناطيسي در حدود 100000 برابر ميدان مغناطيسي زمين را ايجاد مي کنند؛ قادر به انجام چنين کاري است.
در جريان آزمايشات LHC، 2 موج حاوي ميليارد ها پروتون، به 2 تونل خلأ 27 کيلومتري مدوري در 100 متري زير زمين که آهنرباهاي ابررسانا آن را احاطه کرده اند، تزريق مي شود. اين دو تونل در 4 نقطه همديگر را قطع مي کنند که همان نقاط برخورد دو موج و از هم پاشيدگي پروتون هاي اندکي است که دقيقا از روبرو بهم برخورد کرده اند. 4 حسگر بسيار مجهز و بزرگ نيز که کانون فعاليت هاي آزمايشگاه را تشکيل مي دهند؛ در اين نقاط قرار دارند و به مطالعه ذرات آزاد شده در جريان فروپاشي پروتون ها مي پردازند. اين حسگر ها، قادر به رديابي بيش از 600 ميليون برخورد زيراتمي در ثانيه هستند که تنها کسر معدودي از اين برخوردها حاوي اطلاعات علمي ارزشمند است !
مصاحبه با سخنگوي مرکز تحقيقات اتمي سرن
متن زير مصاحبه اي است با دکتر جيمز گيليس (James Gillis)، سخنگوي مرکز تحقيقات اتمي CERN ، که در آن سعي شده است تا به نتايج علمي آتي اين ماشين غول پيکر زمان پرداخته شود.
بعنوان نخستين سوال، مهمترين اهداف علمي LHC چيست ؟
مهمترين هدف علمي LHC، وسعت بخشيدن دانسته هاي ما پيرامون کيهان است. سوالات ويژه (-اي که LHC در صدد پاسخ به آنهاست)؛ شامل جستجو بدنبال "هيگز-بوزون" ، (ذره اي که ممکن است شواهدي از وجود نوعي مکانيسم، به دست ما بدهد که بر اساس آن، بتوان براي برخي از ذرات بنيادي ماده، جرم در نظر گرفت)؛ جستجو بدنبال ماده تاريک؛ تلاش براي پي بردن به عدم تقارن ماده-پادماده و نيز مطالعه بر روي نوع جديدي از ماده موسوم به QGP يا پلاسماي کوارک – گلوئوني است.
- برتري LHC، بر شتاب دهنده هاي ذرات پيشين، در چيست ؟
تونل LHC، در سال 1980، براي شتاب دهنده قديميتري موسوم به LEP ساخته شده بود که هدف از ساخت آن، درک بهتر از کشفيات انجام شده در دهه هاي 1970 و 1980 بود. LEP، يک برخورد دهنده الکترون – پروتوني بود در حالي که LHC، يک برخورد دهنده پروتوني است و اين به آن معناست که مي توان انرژي هاي بسيار بيشتري نسبت به LEP در آن به کار بست. LHC يک ماشين اکتشاف است.
- پيش از اين، مهمترين کشفيات علمي شتاب دهنده هاي پيشين مانند تواترون چه بود؟ انتظار داريد تا چه حد LHC بتواند نگاه ما را نسبت به کيهان تغيير دهد ؟
شتاب دهنده هاي پيشين مانند تواترون و LEP، کمک هاي بسيار مهمي در زمينه فهم ما از ماده داشتند؛ بطور خلاصه در نظريه اي موسوم به مدل استاندارد. هر چند مدل استاندارد، ناقص است و تنها قسمت مرئي جهان ما را توصيف مي کند. ما اميدواريم LHC با کشف ذره هيگز يا هر ذره ديگري با رفتارهاي مشابه، مدل استاندارد را تکميل کند و ما را فراتر از مدل استاندارد کنوني ببرد؛ به 95 درصدي از جهان ما که براي ما غير قابل مشاهده است.
- چگونه حسگر هاي عظيمي مانند ATLAS (يکي از چهار حسگر موجود در تونل LHC)، مي توانند ذراتي را آشکار سازي کنند که کوچکتر از هرآن چيزي هستند که تاکنون مشاهده شده است ؟
آنها از فناوري مشابه در شتاب دهنده هاي پيشين بهره مي برند، اما در مقياسي وسيع تر. بيش از 100 ميليون حسگر مجزا، مسير و انرژي ذرات را مورد محاسبه قرار مي دهند.
- آيا همانگونه که LHC، خواهد توانست به توضيح نقطه آغازين جهان بپردازد، مي تواند پايان جهان را نيز توصيف کند ؟
خير؛ اين از اهداف LHC، نيست.
- با توجه به فناوري پيشرفته اي که در حسگرهاي LHC، بکار گرفته شده است، آيا احتمال اين وجود دارد که آنها نتوانند ذره اي را آشکار کنند که در واقع وجود خارجي داشته باشد؟
اصل راهنما در اينجا، فرمول E=mc2 است. ما به اشعه اي از ذرات انرژي (E) مي بخشيم تا ذرات جديدي با جرم m توليد کنيم (فرآيندي برعکس انفجارهاي اتمي که در آنها مقاديري از ماده به انرژي بدل مي شود). جرم ذراتي که ما مي توانيم توليد کنيم، بستگي به ميزان انرژي دارد که در اشعه وجود داشته باشد (بنابراين با مقادير مختلف انرژي تزريقي، مي توان ماده هاي مختلفي را بدست آورد).
- اگر چنانچه ذره هيگز-بوزون در جريان آزمايشات علمي LHC کشف شود، آيا مدل استاندارد بعنوان نظريه اي براي همه چيز (نظريه اي که بتواند تمامي نيروهاي جهان هستي را توصيف کند) تاييد خواهد شد ؟
خير؛ ما مي دانيم که مدل استاندارد نيز نظريه اي براي همه چيز نيست.
- آيا LHC خواهد توانست پادماده توليد کند؟ تجسم فيزيکي پادماده چگونه است؟
پادماده از موادي همانند ماده معمولي ساخته شده است. زماني که ماده و پادماده به هم برخورد کنند، آنها نابود شده و تنها مقاديري انرژي بر جاي مي گذارند. اين امر منجر به طرح اين سوالات مي شود که : چرا به نظر مي رسد کيهان از پادماده تشکيل شده باشد؟ آيا طبيعت ماده را نسبت به پادماده ترجيح مي دهد ؟ اين ها از سوالاتي است که LHC، بدنبال پاسخي براي آنهاست.
- چه عواملي در سرعت بخشيدن به اشعه پروتوني تا سرعت 999999991/99 سرعت نور موثرند ؟ و چرا اشعه به سرعتي بالاتر از اين دست نمي يابد ؟
هيچ چيز سريعتر از نور حرکت نمي کند و تنها ذراتي بدون جرم با سرعت نور حرکت مي کنند. ميدان هاي الکتريکي ذرات را شتاب مي بخشند و ميدان هاي مغناطيسي، آنها را هدايت مي کنند.
- کدام نظريات فيزيکي، با آغاز آزمايشات LHC، تاييد يا رد خواهند شد ؟
بايستي منتظر ماند و ديد که اطلاعات دريافتي به ما چه مي گويند.
- آيا LHC خواهد توانست ريزسياهچاله توليد کند؟ قبلاً شايعه اي وجود داشت مبني بر اينکه LHC مي تواند زمين را با توليد ذراتي موسوم به Strangelet نابود کند. آيا چنين ذره اي يا ذرات مشابه آن، مي تواند در LHC توليد شود؟
LHC، کاري را انجام نمي دهد که در طبيعت رخ نمي دهد و در واقع تنها مشاهده چنين فرايندهايي را براي ما ممکن مي سازد.
- LHC تا چه حد مي تواند به حل معماي ماده تاريک کمک کند؟
يکي از مواردي که LHC، بدنبال آن است، ابرتقارن است. اگر چنين نظريه اي درست باشد، آنگاه ذرات ابرمتقارن، مي توانند همان ماده تاريک باشند و ما بايتستي آنها را براي نخستين بار در LHC مشاهده کنيم.
- چگونه شتابدهنده هاي عظيم ذرات مي توانند انواع جديد از ماده مانند QGP را توليد کنند ؟
با فشرده سازي هسته هاي اتمي ماده معمولي در حجم هاي بسيار کوچک.
- بهنگام برخورد پروتون ها در تونل LHC، چه ميزان انرژي توليد مي شود؟
هر برخورد پروتوني انرژي به ميزان حرکت يک مگس ايجاد مي کند ! اما اين انرژي در حجم کوچکي متمرکز مي شود که به ما اجازه مي دهد تا مواد جديدي را توليد کنيم.
- بعنوان آخرين سوال، پروژه LHC در نتيجه همکاري مابين چند کشور و چند دانشمند است؟
تقريباً 10000 دانشمند از 80 کشور جهان.
از همکاري شما در اين مصاحبه متشکرم.
من نيز از شما متشکرم.
به نقل از: