تونلی به آغازخلقت

چهارشنبه ۲۰ شهریور ماه روز پر هیجانی برای علاقه مندان دانستن جواب پرسشهای بنیادین و بزرگ بود. در این روز مقدمات بزرگترین ، پرهزینه ترین و پرسروصدا ترین آزمایش در آزمایشگاه سرن واقع در سوئیس با موفقیت به انجام رسید چرا که برخورد دهنده هادرونی بزرگ به طور رسمی فعالیت خود را آغاز کرد.
بشر همواره به دنبال جواب دادن به سؤالات بنیادین خود درباره طبیعت و منشأ عالم بوده است. این که عالم چگونه آغاز شد و چه فرجامی خواهد داشت چه قوانینی بر آن حکومت می کنند آیا هستی از ذرات بنیادی تشکیل شده است چگونه می توان تنوع و تکثر هستی را بر این اساس توضیح داد این سؤالات در فلسفه متعارف با عناوینی چون مسئله کثرت یا وحدت، موضوع جزء لایتجزا، مسئله حدوث یا قدم، براهین حرکت و.‎/‎/ مطرح بوده اند. ظهور علم فیزیک در دوران جدید که با مکانیک نیوتنی به یک اوج رسید و نیز نظریه نسبیت در قرن بیستم که انقلابی در فیزیک متعارف بود و بالاخره مکانیک کوآنتومی که دیدگاه ما به دنیای خرد را دگرگون ساخت، منجر به پیدایش برخی سؤالات جدید در مرز بین فلسفه و فیزیک شده است. از این قبیل اند سؤالاتی چون: ماهیت زمان و مکان چیست آیا در جهان خرد علیت برقرار است کیهان چند بعد دارد ماده تاریک کجاست انرژی تاریک چیست سنگ بنای طبیعت از چه ذراتی تشکیل یافته است انبوه سؤالاتی که دستمایه نظریه های گوناگون فیزیکی و تفکرات فلسفی در قرن اخیر بوده است. هر چه تئوری ها و نظریه های فیزیکی در این زمینه جلوتر رفته و شاخ وبرگ بیشتری گرفته است، نیاز به اثبات تجربی و آزمایشگاهی آنها بیشتر احساس می شد و آرزوی بشری را درباره حقیقت عالم، در هاله ای از ابهام و چرایی قرار می داد.
برای آن که با هیجان و شور فیزیکدانان نظری و فلاسفه علم که این روزها این رویداد را تعقیب می کنند شریک شویم بد نیست که ضمن آشنایی با شتاب دهنده سرن به برخی از نکات این آزمایش اشاره کنیم.
برخورد دهنده هادرونی بزرگ - LHC- در مرکز سرن، درعمق صد متری زیر زمین و در خاک فرانسه و سوئیس قرار دارد. این شتابدهنده دایره ای به محیط ۲۷ کیلومتر را تشکیل می دهد که البته با شتابدهنده هایی کوچکتر یک مجموعه را تشکیل می دهند. ساخت و آماده سازی این شتابدهنده ۲۰ سال به طول انجامید و بسیاری از کشورها از جمله ایران در ساخت آن سهیم بوده اند. ساخت و آماده سازی این مجموعه ۱۰ میلیارد دلار هزینه در بر داشته. موضوعی که همیشه از چالشهای اصلی در راه پروژه های علمی بوده است. در این برنامه عظیم که می تواند یکی از مهمترین دستاوردهای قرن اخیر باشد قرار است دو پروتون از دو جهت متضاد با سرعتی نزدیک به سرعت نور-۱۱۰۰۰ دور در ثانیه در محیطی به طول ۲۷ کیلومتر- به یکدیگر برخورد کنند. انرژی که این شتابدهنده به ذرات می دهد ۱۰ برابرانرژی است که شتابدهنده های دیگر می توانند تولید کنند و ابعاد آن در حد تترا الکترون ولت است. این میزان انرژی لازم است تا بتوان پروتونها را به یکدیگر برخورد داد وآنها را به ذرات تشکیل دهنده خود نظیر کوارکها و گلئونها تبدیل نمود. نتیجه حاصل از این آزمایش دانشمندان را در پاسخ به پرسشهای زیر یاری خواهد کرد:
در اولین لحظات پس از انفجار بزرگ چه اتفاقاتی به وقوع پیوست طبق نظریه های موجود، جهان از انفجاری بزرگ تشکیل یافته است. اما درک ما از چگونگی و چرایی اتفاقات در لحظات اولیه پس از انفجار کامل نیست. این شتابدهنده قرار است شرایطی مشابه میلیونیم کسری از ثانیه پس از انفجار بزرگ را در ابعاد آزمایشگاهی ایجاد کند. در لحظات اولیه پس از مهبانگ عالم سوپی داغ از ذرات بنیادین اولیه نظیر کوارکها و لپتونها و گلوئونها (حمل کننده های نیروی قوی) بوده است. هنگامی که کیهان ۱۰۰۰ میلیارد درجه خنکتر می شود کوارکها و گلوئونها ترکیب شده و نوترونها و پروتونها را به وجود می آورند. در این شتابدهنده قرار است شرایطی ایجاد شود که در آن هسته ها بتوانند به عناصر سازنده خود یعنی همان کوارکها و گلوئونها تجزیه شوند و از این طریق می توان اطلاعات ارزنده ای را از حالت اولیه ماده و اتفاقات ایجاد شده در عالم اولیه بدست آورد.
● آیا ابعاد اضافی وجود دارند
مدل استاندارد ذرات شامل ۱۶ ذره بنیادین - ۱۲ ذره مادی و ۴ ذره حامل نیرو های بنیادین- است. در این مدل برهم نهی ۳ نیروی بنیادین طبیعت یعنی نیروی هسته ای قوی، نیروی هسته ای ضعیف و نیروی الکترومغناطیسی توضیح داده می شود اما هنوز موفق به ادغام نیروی چهارم یعنی گرانش با سه نیروی دیگر نشده است. گرانش به راحتی با نیروهای دیگر جفت نمی شود و نسبت به آنها بسیار ضعیفتر عمل می کند. عده ای بر این گمانند که شاید وجود ابعاد اضافی (بیشتر از ۴ بعد شناخته شده فضا - زمان ) در عالم باعث شده گرانش در آنها نفوذ کند و ما تأثیر آن را کمتر احساس کنیم. در انرژی های بالا فیزیکدانها قادر خواهند بود حرکت ذرات را در ابعاد اضافی شناسایی کنند. برای مثال می توان مشاهده کرد که ذرات ناگهان ناپدید می شوند و به بعد دیگر می روند یا بالعکس ذراتی از ابعاد اضافی وارد دنیای ما می شوند. این شتابگر عظیم الجثه و قدرتمند با ایجاد انرژی در ابعاد تترا الکترون ولت شاید بتواند شرایطی را ایجاد کند تا این ابعاد اضافی خود را نشان دهند.
● ضد ماده ها کجا هستند
در انفجار اولیه مقادیر یکسانی از ماده و ضد ماده بوجود آمده است. اما سؤال اینست که ضد ماده کجاست هر ماده بنیادین یک پاد ماده با خواص متضاد خود دارد. مثلاً ضدماده پروتون ، آنتی پروتون با بار منفی و ضد ماده الکترون، پوزیترون با بارالکتریکی مثبت است. هنگامی که ماده ای با ضدماده خود برخورد می کند هر دو نابود شده و تبدیل به انرژی می شوند. در ابتدای انفجار بزرگ مقادیر یکسانی ماده و ضد ماده خلق شده است، اما سؤال اینست که چرا در لحظات اولیه عالم ماده و ضد ماده همدیگر را کامل نابود نکرده اند بر سر ضدماده ها چه آمده آنها کجا هستند این شتابدهنده با ایجاد شرایط به وجود آمدن ماده وضد ماده می تواند توضیح دهد که ضد ماده ها چه رفتاری از خود نشان می دهند.
چرا برخی ذرات جرم دار هستند و برخی دیگر فاقد جرم ذرات نور-فوتونها- جرم ندارند اما ذرات ماده نظیر الکترونها و کوارکها، جرم دار هستند و ما دقیقاً نمی دانیم چرا ! فیزیکدان انگلیسی پیتر هیگز در سال ۱۹۴۶ میدانی را پیش بینی کرد -میدان هیگز- که در کل عالم پخش شده و با برخی ذرات برهمکنش دارد که باعث به وجود آمدن جرم در آنها می شود. اگر این تئوری درست باشد این میدان می باید خود را به شکل ذره ای به نام هیگز نشان دهد. ذرات هیگز بسیار پر جرم تر از آن هستند که شتابدهنده های کنونی قادر به تولید آن باشند اما این شتابدهنده بزرگ ما را قادر خواهد ساخت تا از ماهیت این ذره عجیب سر در بیاوریم.
جرم گم شده کجاست ما تنها قادر به مشاهده ۴ درصد از جرم عالم هستیم و ۹۶ درصد عالم شامل ۷۳ درصد انرژی تاریک و ۲۳ درصد ماده تاریک از دید ما پنهان مانده اند. انرژی تاریک مستقیماً قابل مشاهده نیست اما از تأثیر آن در افزایش آهنگ انبساط عالم، می توان به وجود آن پی برد. ماده تاریک نیز همانند انرژی تاریک مستقیماً قابل مشاهده نیست زیرا هیچ نوری از آن به چشم ما نمی رسد اما از تأثیر آن برروی کهکشانها می توان آن را ردیابی کرد. در نظریه ابر تقارن گفته می شود که هر ذره دارای یک جفت ابرتقارنی است. این ذرات ابرتقارنی شاید قادر باشند ما را در پیدا کردن راز ماده گم شده یاری دهند. یک جواب می تواند این باشد که ماده تاریک از ذرات ابر تقارنی تشکیل یافته است. ماده ای که اثرات عظیم گرانشی آن وجود دارد اما خود آن قابل شناسایی نیست!
قابل ذکر است که به دلیل حجم بالای اطلاعات ایجاد شده و روند برنامه ریزی شده در طول این آزمایشها ، نتایج به سرعت قابل ارائه نخواهند بود و شاید مدتها زمان نیاز باشد تا نتایج نهایی ارائه گردد.
پاسخ به این پرسشها دریچه ای است به دنیای ناشناخته های ذهن بشر و شادمانی از بابت دانستن بیشتر از ماهیت عالم.اما آیا به راستی این آزمایش دانشمندان را شادمان خواهد کرد به قول پروفسور استیون هاوکینگ استاد فیزیک، هیجان انگیزتر این خواهد بود که این شتابدهنده نتایجی بر خلاف پیش بینی ها ارائه دهد، آنگاه مشخص خواهد شد که ما اشتباه کرده ایم و باید بیشتر بیندیشیم!
آیا این بار آزمایش ها قادرند به پیش بینی های دانشمندان صحه گذارند یا طبیعت خواب جدیدی برای آنها دیده است.

فریبا کریمی

منبع : روزنامه ایران