Home / مقالات علمی / دنیای کوانتوم / همه‌چیز درباره بوزون هیگز
همه‌چیز درباره بوزون هیگز

همه‌چیز درباره بوزون هیگز

ترجمه و گردآوری: آرش آریامنش

(این متن شاید پیچیده و کمی تخصصی باشد ولی خواندنش خالی از لطف نیست، چرا که بزرگترین کشف بشر در کل تاریخ می‌تواند باشد )

دانشمندان 40 ساله که کلیدی که تمام اسرار کیهان را فاش میکند پیدا کرده‌اند و در حال حاضر اونو در اختیار دارند…

آیا بوزون هیگز واقعن میتونه به ما بگه که تمام فرآیند‌های کیهان‌مان چطوری به وجود آمدند؟ آیا ما آفرینش را مدیون به چیزی دست نیافتنی اما در عین حال قدرتمند هستیم؟ آیا این ذره ای خدایی میباشد‌؟ (توضیح : ذره بوزون هیگز را به اشتباه و تنها به دلیل مهم بودنش به ذره خدا تشبیه و نام گذاری کردند و دلیل غیرعلمی و الهی نداره)
ما چطوری به اینجا رسیدیم در این کائنات؟ دانشمندان میگویند جهان ما از یک انفجار انرژی اغاز شد، اما به نوعی این انرژی به ماده تبدیل شد که در نهایت تبدیل به ستارگان و سیارات و… شد و این ماده در ساختار من و شما هم هست . فیزیک دان ها به شدت تردید داشتند این ذره وجود دارد یا نه !

که برخی از میدان های نیروی نامرئی در سراسر جهان گسترش یافتند – یه چیزی مرموز تبدیل به ماده جامد شد . دانشمندان بر این باورند این مساله در گذشته ثابت شده است. که این میدان نیروی نظری واقعی میباشد . اونا از اون چیزهایی تولید کردند- یک ذره ریز اتمی شناخته شده به عنوان “بوزون هیگز ” یا همان ذره خدا نیز میگویند . ایا این مساله میتونه راز افرینش رو شرح بده ؟

ماهیت جامد ماده , فیزیکدان های مشهوری رو متعجب و حیرت زده خودش کرده – در طول 4 دهه اخیر اونها فکر میکردند که اگر ماده جامد است به خاطر وجود ذره هیگز بوزون است.
فیزیک دانهای تئوری که دهه ها از عمر خودشون رو پای ازمایش روی اینمساله قرار دادند معتقدند بدون وجود این ذره هیچ لحظه ای نبود و جهان ما متفاوت تر از چیزی است که میبینید.
دانشمندان میگویند در اغاز لحظات ابتدایی هستی ذرات فوتون با حالات انرژی و به صورت سرعت نور در جریان بودند تنها پس از کسر کوچکی از ثانیه یک چیزی تغیر کرد . همون مساله باعث شد که برخی از ذرات به یک توده دستیابی بیابند. این رو مکانیزم هیگز مینامند.
فیزیک‌دان‌ها معتقدند که درست بعد از مهبانگ جهان شروع به سرد شدن کرد و میدان هیگز روشن شد. برخی از ذرات شروع به تعامل با اون میدان کردند و همچنین شروع به به دست اوردن جرم. بقیه ذرات نیز بدون جرم و انرژی باقی موندند. در طول دهه‌های اخیر دانشمندان سعی در خورد کردند ذرات با ماشین های شتاب دهنده بودند برای بررسی جهان های ریز اتمی.

اونها باید دو نوع اساسی از ذرات رو پیدا می‌کردند:
آن‌ها “فرمیون” بودند(یک گروه عظیم از ذرات ان ماده رو حمل می‌کنند) و اون یکی “بوزون ” هستش(ذرات بدون جرم نیروی حمل ندارند) بدون هیگز تمام ذرات بدون جرم می‌بودند.

 

بدون هیگز تمام ذرات بدون جرم می‌بودند

 

کار اصلی در این دستگاه چیه ؟
این جا به ذرات ریز اتمی مثل پروتون انرژی میدن چنان انرژی بالایی که سرعتشون به نور نزدیک بشه – شتاب دهنده های قدیمی دو تا پروتون رو بهم میزدند و ذره ای جدید کشف کنند آن‌هم تنها با جرم دو برابر.
ولی تئوریسین‌ها پیش‌بینی می‌کنند که وزن هیگز حداقل صد بار به اندازه یک پروتون سنگین تر است. قوانین فیزیک میگه اگر شما یک پروتون رو به انرژی جنبشی اظافی بدید میتوانید با خورد کردنشان ذره ای جدید بسازید که وزن ان چند بار بیشتر از مجموع قطعات آن‌ها بود.
همه اینها بر میگرده به معادله معروف فیزیک E=MC.
در ال‌اچ‌سی ما انرژی رو به جرم تبدیل میکنیم. برخورد دهنده درواقع یک پروتون و انتی پروتون بسیار قدرتمند هستش.
ساختن ذره ای قوی مثل بوزون هیگز انرژی بیشتر از هر شتاب دهنده ای نیاز دارد. فیزیک‌دان‌ها در اخر قدرتی که میخواستن رو پیدا کردند، اما گرفتن و مطالعه‌ی این ذره هیگز خیلی سخته اون هم بین تریلیون ها ذره ریز اتمی مثل پیدا کردن سوزن در انبار کاه می‌مونه.
برای بسیاری از مومنان مذهبی خدا دیده یا شنیده نمیشه اما نشانه‌هایی از حضور او وجود دارد و یا او را در اطراف خود حس می‌کنند. ذره هیگز نیز تعقیبش چالش‌برانگیز می‌باشد. هیگز میتونه داخل و درون هستی باشه یا در خارج آن و تنها رد پایی که میتونه بزاره از خودش که قبلا اونجا بوده. پس چطوری دانشمندان باید چنین چیزی رو پیدا کنند؟ اون هم چیزی که نمیتونن ببیننش ؟
در واقع فیزیک دانها در این مجموعه شتاب دهنده جمع شدند تا بفهمند چی به ما و هر چیزی که در کیهان است موجودیت بخشیده ؟
برخوردهایی که در ال اچ سی صورت میگیره انرژی رو در شرایطی درست “قبل از بیگ بنگ ” بازسازی میکنه. دانشمندان در حال تلاشند برای به دست اوردن برخی از این بینش‌ها در لحظه‌ای هستند که میدان هیگز روشن میشه و در سرتاسر جهان گسترش میابد و ماده و ستاره ها و در نهایت ما رو میسازه.
نیروی میدان هیگز توسط هیگز بوزون تامین میشه و بوزون هیگز فقط به وسیله ایجاد یک اختلال انرژی در یک زمینه میشه تشخیص داده بشه .
معلومه که هیگز در واقع نقش تعین کننده در تمام جهان هستی به گونه ای است که ساختاری که درون اونه و چگونه این ذرات خوشونو نشون میدن… خودش یک سواله.
پس اگر ما به قدر کافی انرژی در ال اچ سی بدیم و پروتون ها رو باهم خورد کنیم یک ذره هیگز بیرون بیاوریم و مطالعش کنیم. پروتون‌هایی که در این دستگاه بهم می‌خورند وخورد میشوند از یه جور ماده پر شده اند . ذراتی به نام “کوارک‌ها” و ” گلوئون‌ها “.
وقتی پروتون ها رو بهم برخورد میدهند هزاران ذره به بیرون پرتاب میشوند – برای هیگز شما الگوی بسیار خاصی دارید همیشه قبل از اینکه دیده بشه این ذره ناپدید میشه!!پس نمیتونند اندازه بگیرنش فقط میتونند تشخیص بدهند ان محصول فروپاشی این برخوردها می‌باشد.
تنها برخوردی که در این ازمایش دارای ارزش مطالعه هست برخوردی است که در اون اجزای پروتون کاملا در تراز وسط قرار دارند . اگر کوارک ِ داخل پروتون باعث تاثیر در در کوارکی در سوی دیگر بشه پس از ان تقریبا تمام انرژی از برخورد در یک مکان متمرکز میشود.
این یکی به اندازه کافی قوی و موج دار است که میدان هیگز راب رای ساخت هیگز بوزون اماده می‌کند.
اما این نوع از برخوردها هیچ وقت اتفاق نمیافتد – تولید هیگز تقریبا یک در تریلیون است . از زمان شروع به کار ال اچ سی هزار تریلیون برخورد تا الان ایجاد شده اما فقط چند صدتا ازاین برخوردها میتونه هیگز رو تولید کنه
ظاهرا کاری غیر ممکن و بیهوده میباشد . در جولای سال 2012 فیزیک دان های این ازمایش با افتخار اعلام کردند گامی بزرگ رو برداشتند – انها ذره ای جدید رو کشف کردند که وزنش بین 125-126 گیگا الکترونه ولت بود . که این محدوده پیش بینی شده از جرم “هیگز ” میباشد . انهم بعد از 40 سال زمان و کوشش بی وقفه ..
میدان هیگز میتونه به ما کمک کنه که تکامل کیهان چگونه میباشد این یافته ای عمیق است . اسمش بزرگترین کشف علمیه تا زمانی که انیشین اینو کشف کرد : e=mc.

این ذرات هستند که معمای وجود ما را میتوانند حل کنند و آیا ما می‌توانیم نهایتن جهان را درک کنیم ؟
هیگز بوزون قراره توضیح بده که تمام مواد در جهان از کجا امده است؟ اما در دهه گذشته ما یاد گرفتیم که بیشتر جهان از ماده ای نامرئی به نام ” ماده تاریک ” ساخته شده است در واقع این چیزی 5 بار بیشتر از ماده تاریک است که از ماده ساده می‌باشد.
نظریه فعلی وجود هیگز را نشان میدهد (در سال 2013 رسما اعلام شد این ذره کشف و رصد شده – اذر سال 91) و نشان میدهد که این ذره توضیحی برای وجود ماده تاریک ندارد.

آیا هیگز یک قسمت پنهان دارد ؟
خوب هیگز کشف شد اما ماده تاریک چیه ؟ یکی از مشکلات بزرگ کیهان شناسی اینه وقتی به فضا مینگریم در میابیم فقط کسر کوچکی از ماده مثل بقیه چیزها از اتم و چیزهایی که میشناسیم درست شده است بقیه از چیزهایی که نمیشاسیم و اسمش رو گذاشتیم ماده تاریک ساخته شده است.
نیم قرن از کاوش جهان ریز اتمی گذشت .. این نشون میده مدلی استاندار در فیزیک ذرات موجود است. دانشمندان 12 ذره از ذرات بنیادی رو کشف کردند .
فرمیون… به طور مساوی در میان کوارک ها و لپتون ها تقسیم شده است. فقط چهار ذره از ذرات نیروی انتقال را دارند مثل الکتریسیته و مغناطیس… اینها بوزون هستند. یک بوزون ویژه میشه هیگز بوزون… هنوز این مدل نمیتونه ماده تاریک رو توصیف کنه.
دانشمندان فیزیک ذرات میگویند ما میدونیم هیگز 126 گیگا الکترون ولت جرم دارد.
این ذرات سنگین هستند اما به صورت ساده ای انتظار میره هیگز باید سنگین‌تراز این حرفها باشد. همونطور که هیگز به بقیه ذرات جرم میده… ذرات هم به نوبه خودشون به جرم هیگز یاری میکنند.
قواعد جدید و نظریات جدیدی فیزیک دانان ذرات ارائه دادند یکیش “ابر تقارن” هست.
با توجه به “ابر تقارن” ذراتی که ما در طبیعت دیده ایم فقط نیمی از تصویرند !! پس باید یک گسترده ابر تقارنی برای هر یکشون وجود داشته باشد یکی از این ابر ها ممکنه ماده تاریک هم باشد.
تئوری ابر تقارن میتونه سبک ترین ذرات رو معرفی کنه و این برای ماده تاریم میتونه گزینه خوبی باشه .. یادتون بیاد توصیف کردیم جهان رو در ابتدای کار وقتی بیگ بنگ رخ داد خیلی داغ بود …این ذرات به تعداد فراوان در ان لحظات تولید میشدند خیلی هاشون ویران میشدند و قسمت کمی از انها زنده میماندند و این مقدار کم میتونه کل ” ماده تاری” در جهان امروزی رو تشکیل بده! فکر کنم متوجه شدید یه مقدار.
خوب با نظریه ” ابر تقارن ” پس میشه وجود ماده تاریک و خود ذره هیگز رو رصد کرد .. اما این تئوری یک چیز دیگه هم میگه که ممکنه بیش از یک هیگز وجود داشته باشد شاید تا 5 عدد از این ذره وجود داشته باشد.
اگر طبیعت یک “ابر تقارن ” باشد و فقط یک هیگز بوزون وجود داره پس این امر دارای تضاد است و برای حل این موضوع شما باید هیگز بوزون اظافی داشته باشید .اگر ازمایش و دستگاه ال اچ سی بتونه چند تا بوزون رو کشف کنه انوقت تئوری ابر تقارن اثبات می‌شود.
خب… اگر ما قادر به توضیح جهان هستیم پس باید بدونیم که ماده تاریک در کنار ماده معمولی زندگی میکند(ماده تاریک برای این تاریک میگیم که ماهیتش مشخص نیست نه اینکه رنگش سیاه باشه).
دانشمندان نیاز به پیدا کردن شواهدی برای 5 هیگز بوزون دیگر هستند. پیدا کردن ذره یک عدد ” هیگز بوزون ” 40 سال طول کشید! آیا حقیقت نهایی ما رو از مقصد دور می‌کند ؟
بوزون هیگز مسوول است که به همه چیزی که میبینید و میشناسید جرم می‌دهد. این کار سنگینیه برای یک ذره بنیادینه.
بوزون قراره پرده از رازهایی رو برداره… جرمِ بوزونهای z و w .بسیار سنگین می‌باشد.
دو تا بوزون دیگر بدون جرم هستند. فیزیک‌دان‌ها می‌گویند اون دو تا برای این سنگین‌ند چرا که آن‌ها به تنهایی با تعامل با یک میدان نامرئی که در همه جا هست، یعنی میدان هیگز.
اما بوزونهای دیگر اینطوری نمی‌شود. برخی دیگر از داتشمندان فیزیک تئوری میگویند خیر… بوزون ذره ای نیست که به همه چیز جرم دهد.
تا حالا چند تا ذره بوزون کشف و رصد شده… دو تا هیگز بوزونی کشف شده که هر کدوم کار متفاوتی انجام می‌دهند. فیزیکی فراتر از مدل استاندارد وجود دارد. دانشمندان امیدوارم بوزون هیگز پورتالی باشد فراتر از فیزیک استاندارد برای ذرات.
فیلسوف یونانی یعنی دموکریت کسی بود که اولین بار به اتم فکر کرد – این ایده برای دو هزار سال قبل خوب بود تا زمانی که هسته ای امد و نشان داد که چیزی عمیق تر موجود است فهمیدیم اتم از چیزهای کوچکتری درست شده است… فقط ذراتی مثل الکترون ها و کوارک اتم را ساخته اند .. کوچکتر و اساسی تر از بلوک های ساختمان و اونا از هیگز بوزون ساخته شدند!
در کل فیزیک نظری ذرات میگه هیگز چیزی هست که به بقیه جرم میده ولی خودش معلوم نیست از چی ساخته شده – از هیچ … اما برخی دیگر از این نظریه پردازان میگویند هیگز ریشه تمام ماده ها نیست و میگویند هیگز نیرویی جدید از طبیعت رو اداره میکند.
بگذارید بحث ذرات رو باز کنم… برای چسبیده شدن بلکوهای ذرات بهم نیاز به گلئونها داریم.
برای ساخت یک پروتون که در هسته است هست .. ما به سه کوارک نیازمندیم… برخی میگن هیگز همینه ولی به شکل دیگری ساخته شده یعنی از کوارک های دیگری ساخته شده است.
فیزیک دانها میدانند که کوارک های عادی در ترتیبات مختلف هستند که ذرات مختلفی رو پدید میاورند یکی از این ترتیبات پروتون میباشد و دیگری نوترون .. کوارک ها در راه های مختلفی میتونن کنار هم بایستند که باعث ساخت چند ذره جدید دیگر میشه.
هیگز بوزونی که یکی دوسال اخیر در ال اچ سی کشف شد اولین کاندید ماست و از سال 2015 باید منتظر شروع به کار مجدد این شتاب دهنده باشیم تا با انرزی بیشتری کار کند .. تا زمانی که قدرت کافی برای شکستن این ذره رو نداشته باشیم نمیتونیم چیزی بگیم.
ولی وظیفه ماست بفهمیم از چی ساخته شدیم و چی به جهان ما شکل و جرم داده اما شاید هیگز تمام پاسخ نباشه شاید چیزی دیگری باشه که باعث موجودیت همه چیز شده ولی واقعا وجود نداره!
در فیزیک ذرات جرم دار مانند فوتونها کلا در ریاضی با منفی نشان داده میشوند .. تمام ذراتی که جهان ما را ساختند دارای جرم هستند. که فیزیک دان ها معتقدند دلیلش وجود هیگز میباشد.
اما شاید همین هیگزها توسط یک جهان نامرئی از غیر ذرات اداره میشوند که این مخالف قوانین فیزیک شناخته شده است .و این یعنی تمام موادی که از ذره به وجود امده اند مثل برگ روی درختند – درخت نامرئی غیر ذرات ممکنه لنگر خود را در زیر بنایی مخفی در کل هستی انداخته باشد – در ال اچ سی که هنوز نشونه ای از غیر ذرات کشف نشده.
ایا هیگز چیزی که ما فکر میکنیم یا مرموز تر از این حرفهاست ؟ ایا ما موجودیتمون رو مدیون هیگز هستیم یا چیزی فراتر از این ؟ فعلا که کل تمرکز روی کشف و بررسی بیشتر روی هیگز جمع شده است همه فیزیک دانان نظری ذرات از کل دنیا در این شتاب دهنده متمرکز شدند.
هر زمان فیزیک دانی کلیدی یافت میتونه برای درهای دیگر هم استفاده کنه – حل کردن پازل کیهانی خود مساله ای دیگر است.

One comment

  1. آرش جان واقعا ممنونم از مطلب و زحمتی که کشیدی برای ترجمه
    لطف کنی منبع مطلب رو هم بزاری عالی میشه

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*

Scroll To Top