دیدار آدینه ۲۸
کد خبر: ۷۸۶۶۲
۱۴:۲۷ - ۰۵ دی ۱۳۹۹

تیتر امروز

خبرخوانی هفتگی دیدار: نامه‌نگاری هاشمی‌ها، استعفای کروبی، عدرخواهی صدیقی
دیدار آدینه ۳۱

خبرخوانی هفتگی دیدار: نامه‌نگاری هاشمی‌ها، استعفای کروبی، عدرخواهی صدیقی

همچون هفته‌های پیش دیدارنیوز اهم اخبار سیاسی هفته را مرور کرده است، از جمله نامه نگاری خانواده هاشمی با هم و منازعات اعضای شورای مرکزی حزب جمهوریت با رسول منتجب‌نیا که به رسانه‌ها کشیده شد، استعفای...
اگر یک نظامی رئیس‌جمهور شود...
#دیدار ـ۱۴۰۰، قسمت چهارم

اگر یک نظامی رئیس‌جمهور شود...

چهارمین قسمت از برنامه #دیدار_۱۴۰۰ به احتمال حضور یک نظامی در سمت ریاست جمهوری و نظرات موافق و مخالف و تحلیل‌های مختلف در مورد این موضوع پرداخته است.

مکانیسم هیگز

دیدارنیوز _ سروش زمانی مقدم: تاریخ فیزیک ذرات بنیادی پر است از لحظات هیجان برانگیز و نفسگیری که قطعا یکی از جذابترین آنها، داستان پیش‌بینی شگفت‌انگیز ذره‌ای با نام "هیگز" و کشف آن است که به افتخار نام فیزیکدان اسکاتلندی، پیتر هیگز چنین نامیده شد. در واقع هیگز، تنها ذره‌ای بود که توسط نظریه "مدل استاندارد ذرات بنیادی" پیش بینی شده بود، اما مشاهده نشده بود تا این که چند سال پیش، سرانجام پس از نیم قرن تلاش، آخرین قطعه گمشده پازل مدل استاندارد، خود را عیان کرد و کشف شگفت انگیز آن در زمانه ما صورت گرفت و دنیای فیزیک را بسیار به وجد آورد. در واقع این کشف آنقدر اهمیت داشت که "پیتر هیگز" و "فرانسوا انگلرت" را که هر دو در آن زمان بیش از هشتاد سال سن داشتند، مفتخر به دریافت جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۱۳ کرد. این تصمیم به دلیل تقدیر از ایشان به دلیل کشف نظری مکانیسمی بود که به شناخت ما از منشاء جرم ذرات زیر اتمی کمک می‌کرد و در نهایت با تایید تجربی دقیقی همراه شد.


بر طبق این نظریه که مکانیسم هیگز نامیده شده بود، اگر به واقع میدان هیگزی وجود داشت که ذراتی با نام تخصصی‌تر "بوزون هیگز" را به وجود آورد، آنگاه طبق پیش بینی‌های متخصصان، جرم این ذرات ناپایدار که خیلی زود هم واپاشی می‌یابند، می‌بایست در حدود ۱۵۰ گیگا الکترون ولت می‌بود و خوشبختانه این حدودی بود که بتوان آن را بصورت تجربی بررسی کرد. این حدود جرم که البته از برخی تقریب‌ها و دربایست‌های بیرون از نظریه پیش بینی شده بود، سال‌ها محرک انجام تحقیقات تجربی و پیوسته‌ای در مرکز شتابدهنده بزرگ هادرونی در سرن، موسوم به LHC بود تا آن که در نهایت با تایید تجربی وجود ذره‌ای در محدوده انرژی ۱۲۵ گیگا الکترون ولت تا ۱۲۶ گیگا الکترون ولت، و تشخیص قطعی وجود هیگز در آزمایش‌های اطلس و CMS، جدول پیش بینی‌های مدل استاندارد کامل شد و شناخت ما از سازوکار هستی یک مرحله پیشتر رفت.

 


در ادامه بر این موضوع متمرکز می‌شویم که اصولا چرا در ابتدا چنین فرض نظری صورت گرفت.

برای فهم این موضوع باید در نظر داشت که از آنچه که تا به امروز می‌دانیم، می‌توان کلیه برهم کنش‌های فیزیک را به چهار نوع بنیادی الکترومغناطیسی، گرانشی، هسته‌ای ضعیف و هسته‌ای قوی تقسیم بندی کرد. آنگاه بر پایه نظریه استاندارد ذرات بنیادی مبتنی بر مدل "پیمانه ای"، می‌دانیم که تبادل نیرو در انواع برهم کنش‌های ذکر شده توسط ذرات حامل نیرو موسوم به "بوزون‌های پیمانه ای" صورت می‌پذیرد. مثلا در مورد نیروی الکترومغناطیسی، این نیرو‌ها توسط تبادل ذراتی با نام "فوتون" که آن را به عنوان کوانتای انرژی یا ذرات نور نیز می‌شناسیم صورت می‌پذیرد. از طرفی بوزون‌های پیمانه‌ای تبادل کننده نیروی هسته‌ای قوی، "گلوئون" نام دارند حال آنکه در نیروی هسته‌ای ضعیف که برد محدودی نیز دارد، ذرات بوزونی تبادل کننده این نیرو، سه ذره با نام‌های دابلیو مثبت، دابلیو منفی و Z هستند.

 

مکانیسیم هیگز


در مورد نیروی گرانش، البته موضوع کمی متفاوت هست، ولی می‌توان آن را هم به صورت نظریه‌ای پیمانه‌ای نوشت و بوزونی با نام "گراویتون" را که البته هنوز هم رصد نشده است، مسئول تبادل نیروی گرانش بین اجرام دانست. این در واقع نگاهی مبتنی بر ذرات بنیادی در مقابل نگاه هندسی نظریه نسبیت عام اینشتین، به نیروی گرانش است.

 


مشکل آن بود که بر طبق نظریه‌های پیمانه‌ای ذرات بنیادی، ذرات بوزونی حامل نیرو‌های بنیادی، می‌بایست بدون جرم می‌بودند. اما می‌دانیم که نیروی هسته‌ای ضعیف، همانطور که از اسمش پیداست، بعد از فواصلی کوتاه به سرعت افت می‌کند و این بدان معناست که سه ذره حامل این نیرو، برخلاف گلوئون‌ها و فوتون‌ها که بدون جرم هستند، جرم دارند.


مکانیسم هیگز در واقع پیشنهادی برای حل این مشکل بود که البته در کنار رفع این تناقض، دستاورد‌های بزرگ دیگری نیز در بر داشت. بر طبق این نظریه، ذره‌ها جرم خودشان را از سازوکاری موسوم به مکانیسم هیگز به دست می‌آورند. در واقع بنابر فرض اولیه این نظریه پردازان، میدان هیگز، کل جهان را، همانند هوایی که اطرافمان را در برگرفته، و در واقع تمام فضا را پر کرده است. 

 

 
این میدان نیرو، با انرژی بسیار زیاد، نوعی ذره ایجاد می‌کند که همانطور که ذکر شد آن را بوزون هیگز می‌نامیم. در حقیقت علت اصلی پیدا نشدن و عدم توانایی ما در تولید این ذرات در این سالها، انرژی بالای شرایط تشکیل آن بود؛ بنابراین بر طبق مدل‌های پیمانه‌ای در انرژی‌های بسیار بالا، ذرات بوزونی حامل نیرو جرم نداشتند و بنابراین نظریه طبق پیش بینی بدرستی کار می‌کرد. اما با گذشت زمان پس از انفجار بزرگ اولیه شروع کیهان، به مرور و پس از افت سطح انرژی، در انرژی‌های پایین، و در فرآیندی موسوم به "شکست خود به خودی تقارن" برخی از ذرات در فرآیندی موسوم به مکانیسم هیگز، جرم دار می‌شدند. بدین معنی که نوع و قدرت واکنش ذره نسبتا سنگین بوزون هیگز، که تقریبا ۱۲۵ برابر پروتون جرم دارد با برخی ذرات، بیان می‌کند که آن ذره چقدر باید جرم داشته باشد. بر طبق این نگاه، میزان جرم پروتون ناشی از شدت برهمکنش آن با بوزون هیگز است و اگر فوتون بدون جرم است، به دلیل آنست که واکنش آن با این ذرات بسیار بسیار ضعیف است. نکته جالب در این مکانیسم آنست که، چون میدان هیگز و در نتیجه بوزون‌های هیگز همه عالم را پر کرده اند، پس سایر ذرات همچون الکترون، پروتون، یا فوتون، فارغ از آنکه کجای عالم هستند، از آنجایی که بطور پیوسته با بوزون هیگز در برهمکنش هستند، جرم ثابتی دارند؛ بنابراین هر اندازه که جرم ذره‌ای بیشتر باشد، نشان از واکنش شدیدتر آن ذره با بوزون هیگز است.
 

در توصیف غیر ریاضی این مکانیسم برای درک چگونگی تعیین جرم ذرات در میدان هیگز غالبا چنین مثالی را بکار می‌برند. فرض کنید در یک خیابان شلوغ پر ازدحام که مردم در جای جای آن قرار گرفته اند، در حال حرکتیم. ناگهان در یک گوشه خیابان، متوجه ازدحام و هیاهویی که هر لحظه شدت آن افزایش می‌یابد می‌شویم. آنگاه متوجه می‌شویم که شخصیتی مشهور و چهره شناخته شده‌ای در بین ازدحام است. در آن صورت لحظه به لحظه به سیل طرفدارانی که خواهان گرفتن عکس یادگاری، امضاء و اظهار علاقه و محبتشان به شخص مورد نظر هستند افزوده می‌شود و عملا امکان تردد راحت و سریع از خیابان مذکور برای آن شخص مشکل می‌شود و سرعت حرکتش رفته رفته کند می‌شود. اگر سرعت حرکت او را به مثابه معیاری برای جرم او تلقی کنیم، آنگاه می‌توان چنین توصیف کرد که گویا چنین شخص مشهوری (در تشابه با ذرات پر جرم)، سنگین‌تر است. حال تصور کنید شخص ناشناخته و غیر مشهوری همانند بسیاری از افراد دیگر حاضر در خیابان، علیرغم وجود آن جمعیت بخواهد از عرض خیابان عبور کند. قطعا او، بدون آنکه جمعیت اطراف وی مانع از عبور او شوند، براحتی این کار را انجام می‌دهد. در این حالت نیز می‌توان اینگونه تشبیه کرد که گویا شخص مورد نظر هیچ برهمکنشی با ازدحام اطرافش ندارد و از آنجایی که تردد وی براحتی و بدون سنگینی و کندی خاصی صورت می‌پذیرد، بنابراین لختی او بسیار ناچیز، و جرم آن ذره (شخص) بسیار کم است.
 
هیگز

به این ترتیب در مدل استاندارد ذرات بنیادی، بوزون‌های هیگز، در طی فرآیندی موسوم به مکانیسم هیگز، توضیح می‌دهند که چرا الکترون ها، کوارک ها، بوزون‌های Z و دابلیو مثبت و منفی، و بطور کلی سایر ذرات، جرم مخصوص به خود را دارند.
در انتها لازم به ذکر و البته مایه افتخار است که تنی چند از پژوهشگران و متخصصان ایرانی نیز در ساخت برخی قطعات دستگاه شتابدهنده هادرونی واقع در سرن و به ثمر رسیدن بخشی از تحقیقات مذکور نقش داشته اند.

 

 
ارسال نظرات
نام:
ایمیل:
نظر: