ابرتصادم گر هادرونی

ابرتصادم گر هادرون یك شتاب دهنده ذرات با انرژی و پیچیدگی بی نظیر و بی سابقه است كه نتیجه آن همكاری و مشاركت جهانی برای آشكارسازی بخش جدید پنهانی از حقیقت است.
وقتی دو پروتون كه با سرعت ۹۹۹۹۹۹/۹۹ درصد سرعت نور در حركت اند، با هم برخورد سر به سر دارند، انفجار زیراتمی حاصل به طور طبیعی ۱۴ تریلیون الكترولت (TeV) انرژی فراهم می كند. این انرژی كه برابر با ۱۴ هزار برابر انرژی ذخیره شده در جرم در حال سكون پروتون است میان ذرات كوچك تری كه پروتون را تشكیل می دهند (كوارك ها و گلوئون ها كه آنها را به هم متصل می كند) به اشتراك گذاشته می شود.
در اكثر برخوردهایی كه كوارك ها و گلوئون های مستقل تنها برخورد مماسی دارند، انرژی به هدر می رود و ذرات آشنایی كه توسط فیزیكدانان از مدت ها پیش طبقه بندی و شناخته شده اند، آزاد می شوند.
اما بعضی اوقات، دو كوارك با هم برخورد سر به سر دارند كه انرژی آن TeV ۲ یا بیشتر است.
فیزیكدانان معتقدند كه طبیعت حقه های جدیدی در آستین خود دارد كه باید در آن برخوردها برملا شوند، شاید یك ذره ناشناخته (مرموز) كه به بوزون هیگز معروف است، شواهد یك اثر معجزه آسا را كه ابرتقارن نامیده می شود یا شاید پدیده ای غیرقابل انتظار، فیزیك ذرات بنیادی را متحول سازد.
آخرین باری كه چنین برخوردهای شدید از كوارك ها به تعداد بسیار زیادی اتفاق افتاد، میلیارد ها سال پیش در اولین پیكو ثانیه های بعد از انفجار بزرگ بود. چنین برخوردهایی مجدداً در سال ،۲۰۰۷ در یك تونل زیرزمینی گرد، در حومه شهر ژنو و در نزدیكی مرز سوئیس فرانسه روی می دهد. تا آن هنگام هزاران دانشمند و مهندس از ده ها كشور انتظار اتمام ساختن آشكارسازهای بزرگ برای ابرتصادم گر هادرون (LHC) و شروع آزمایش ها را دارند.
این پروژه وسیع و از نظر فناوری دشوار، كه به وسیله سرن ، (آزمایشگاه اروپایی فیزیك ذرات) سازمان دهی می شود و عمده مسئولیت ساخت شتاب دهنده را به عهده دارد، هم اكنون در دست اجرا است. LHC انرژی ای در حدود ۷ برابر انرژی تصادم گر تواترون كه در آزمایشگاه شتاب دهنده ملی فرمی در باتاویای آمریكا قرار دارد، فراهم می كند. كوارك بالا (Top) كه مدت ها در جست و جویش بودند در آزمایش های سال های ۱۹۹۲ تا ۱۹۹۵ در تواترون كشف شد. LHC به انرژی بی سابقه خود دست خواهد یافت. به رغم این كه داخل محدوده تونل ۲۷ كیلومتری موجود ساخته شده است. آن تونل محل استقرار تصادم گر الكترون _ پوزیترون بزرگ سرن (LEP) بود كه در سال های ۱۹۸۹ تا ۲۰۰۰ كار می كرد و از آن برای انجام دادن آزمایش های دقیق نظریه ذرات بنیادی در انرژی حدود یك درصد انرژی LHC استفاده می شد. با استفاده از تونل LEP ، LHC از مشكلات و هزینه بالای ساخت و نصب یك تونل جدید و بزرگ تر و ساخت ۴ شتاب دهنده تزریقی كوچك تر و تسهیلات وابسته رهایی می یابد. ولی خم كردن مسیر باریكه های پروتونTeV ۷- كه دور تونل قدیمی در حال حركت هستند، به میدان مغناطیسی قوی تری نسبت به آن هایی كه شتاب دهنده های پیشین استفاده می كردند، احتیاج دارد.
آن میدان ها به وسیله ۲۳۲/۱ مغناطیس ۱۵متری كه دور ۸۵ درصد محیط تونل نصب شده اند ایجاد خواهد شد. آهن رباها به وسیله كابل های ابررسانا كه حامل جریان ۱۲ هزار آمپر هستند تغذیه و به وسیله هلیوم ابرشاره تا دمای c ْ۲۷۱_ یعنی ْ ۲ بالای صفر مطلق خشك می شوند.
برای انجام آزمایش های فیزیكی سودمند، به چیزهایی بیشتر از پروتون های پرانرژی احتیاج داریم. آن چیزی كه باید در نظر گرفت انرژی برخوردهای بین كوارك ها و گلوئون های تشكیل دهنده پروتون است. LHC، باریكه های پروتون را با شدت بی نظیر و بی سابقه برخورد می دهد تا تعداد برخوردهای نادر و كمیاب بین كوارك ها و گلوئون را كه دارای انرژی زیادی است، افزایش دهد.
شدت (intensity) یا پرتوافكنیluminosity) ) LHC، ۱۰۰ برابر تصادم گرهای گذشته و ۱۰ برابر، ابرتصادم گر ابررسانا(SSC) خواهد بود. SSC می توانست یك رقیب پا به پا برای LHC باشد كه باریكه های پروتون Tev ۲۰ را در تونل با محیط ۸۷ كیلومتر دور واكساهاچی تگزاس می گرداند.
شدت بالاتر LHC، تقریباً انرژی پایین تر باریكه را جبران می كند ولی انجام آزمایش ها را مشكل تر می كند. به علاوه ، چنین شدت های بالایی می تواند مشكلاتی مثل آشفتگی و اغتشاش در مدار باریكه را برانگیزد كه برای پایدار و متمركز نگه داشتن باریكه، باید بر آنها غلبه كرد. در چهار منطقه از حلقه LHC، یك میلیارد برخورد در هر ثانیه اتفاق خواهد افتاد كه هر كدام ۱۰۰ ذره ثانویه ایجاد می كنند. آشكارسازهای عظیم (بزرگ ترین آنها به ارتفاع یك ساختمان ۶ طبقه است) كه از هزاران جزء پیچیده تشكیل شده اند، این آثار را مسیریابی و ردیابی می كنند. الگوریتم های پیچیده كامپیوتری باید این بهمن اطلاعات را به طور آنی (شاید ۱۰ تا ۱۰۰ ثانیه) به دقت بررسی كنند تا تصمیم بگیرند كه كدام مورد ارزش ثبت شدن را برای آنالیز كامل بعدی دارد.
● پرسش های بی پاسخ
هرچقدر كه طبیعت را با كاونده های انرژی زیاد بررسی می كنیم، در مقیاس های كوچكتر ساختار ماده تحقیق می كنیم. آزمایش هایی كه در شتاب دهنده های كنونی انجام می شود، ماده را تا یك میلیاردیم یك میلیاردیم متر ( m ۱۸-۱۰) مورد بررسی قرار داده است. پرتابه های LHC، حتی عمیق تر از این مقدار (پایین تر از m ۱۹-۱۰) به درون قلب ماده نفوذ خواهد كرد. این به تنهایی كافی خواهد بود تا اشتیاق و رغبت علمی را برانگیزاند ولی این مسابقه جدید قلمرو جدیدی را می گشاید كه جواب به این سئوالات بزرگ در این قلمرو جدید قرار می گیرد. در ۳۵ سال گذشته، فیزیكدانان ذرات، یك تصویر نسبتاً متحد یا به هم پیوسته را ارائه كرده اند (مدل استاندارد) كه ساختار ماده را تا ۱۸-۱۰ متر با موفقیت توصیف می كند. مدل استاندارد (قاب صفحه۱۵ را ببینید) تمامی اجزاء ماده و سه نیرو از چهار نیرو را كه رفتارشان را كنترل می كند، به طور مختصر و مفید توصیف می كند. اجزای ماده ۶ ذره به نام لپتون ها و ۶ ذره به نام كوارك ها است. یكی از نیروها، كه به نام نیروی قوی معروف است بر كوارك ها عمل می كند و آنها را به هم پیوند می دهد تا صدها ذره به نام هادرون را تشكیل دهند. پروتون و نوترون، هادرون هستند و اثر باقی مانده نیروی قوی آنها را به هم پیوند می دهد تا هسته اتم ساخته شود. دو نیروی دیگر نیروی الكترومغناطیسی و نیروی ضعیف نام دارند كه در برد كوتاهی عمل می كنند ولی عامل واپاشی رادیواكتیو بتا هستند و برای تامین انرژی خورشید ضروری اند.
مدل استاندارد با ظرافت، یكی شدن و متحد شدن این دو نیرو را به نیروی الكتروضعیف شرح می دهد و با وجود ظاهر متفاوتشان، خواص شان را به هم مربوط می كند. بیش از ۲۰ فیزیكدان به خاطر كارشان كه به مدل استاندارد منجر شد جایزه نوبل گرفتند. از تئوری الكترودینامیك كوانتومی (جایزه ۱۹۶۵) تا كشف نوترینو و ذره تاو (۱۹۹۵) و كار نظری آقایان گرادوس هوفت (Geradus,t Hooft) و مارتینوس ج.گ. ولتمن (Martinus J.G. Veltman) هنگامی كه در دانشگاه اوترشت (Utrecht) (سال ۱۹۹۹) بودند. اما با وجود این كه مدل استاندارد یك پیشرفت علمی بزرگ است و به وسیله تعداد زیادی آزمایش دقیق تائید شده، چند ایراد جدی دارد.
اول این كه این مدل به صورت سازگار، تئوری آلبرت اینشتین درباره خواص فضا، زمان و بر همكنش آن با ماده را شامل نمی شود. این تئوری (نسبیت عام)، توصیف زیبایی از نیروی چهارم یعنی گرانش است كه به وسیله آزمایش هم تائید شده است. مشكل اینجا است كه مدل استاندارد برخلاف نسبیت عام، یك تئوری كاملاً كوانتوم مكانیكی است و بنابراین پیش بینی هایش در مقیاس های خیلی كوچك (خیلی دورتر از ناحیه ای كه آزمایش شده است) نقض می شود. غیبت توصیف كوانتوم مكانیكی گرانش، مدل استاندارد را از لحاظ منطقی ناقص می كند.
دوم این كه مدل استاندارد با وجود این كه محدوده وسیعی از اطلاعات را با معادلات ساده اساسی توصیف می كند، آشكارا حاوی چند مقدار دلخواه است.
به عنوان مثال این مدل نشان نمی دهد كه چرا شش كوارك و شش لپتون داریم و نه چهار تا و یا توضیح نمی دهد كه چرا تعداد كوارك ها و لپتون ها با هم برابر است. آیا این اتفاق كاملاً تصادفی است؟ به طور نظری می توانیم تئوری هایی بسازیم كه دلیل ارتباط قوی بین كوارك ها و لپتون ها را برای ما توضیح دهد ولی نمی دانیم كه آیا این تئوری ها درست هستند یا نه؟
سوم این كه مدل استاندارد یك جزء تمام نشده و آزمایش نشده دارد. این یك جزء كوچك نیست بلكه یك جزء (مولفه) مركزی است. همان مكانیسمی كه جرم مشاهده شده ذرات را تولید كند. جرم ذرات خیلی خیلی مهم است. (به عنوان مثال تغییر دادن جرم الكترون تمام شیمی را تغییر می دهد و جرم های نوترینوها انبساط جهان را تحت تاثیر قرار می دهد.) جرم نوترینو نهایتاً چند میلیونیم جرم الكترون است ولی آزمایش های اخیر نشان داده كه جرم آن صفر نیست. دانشمندانی كه دو آزمایش پیشگام را سرپرستی كردند و به این كشف دست یافتند جایزه نوبل فیزیك ۲۰۰۲ را از آن خود ساختند.
● مكانیسم هیگز
فیزیكدانان بر این باورند كه ذرات در برهمكنش هایی با میدانی كه تمامی جهان را اشباع می كند، تولید می شوند؛ هرچه ذره ای با میدان مزبور برهمكنش قوی تری انجام دهد، جرمش بیشتر است. (تصویر صفحه۱۶ را ببینید) در هر حال سرشت این میدان ناشناخته باقی می ماند. ماهیت این میدان می تواند میدان بنیادی جدیدی باشد، كه به افتخار فیزیكدان بریتانیایی پیتر هیگز میدان هیگز نامیده می شود. شق دیگر آن است كه موجودی مركب باشد كه از ذرات جدیدی (به نام تكنیكوارك) تشكیل شده باشد كه به وسیله نیروی جدیدی (موسوم به تكنیكالر) به یكدیگر قویاً پیوند دارند. حتی اگر میدان یك میدان بنیادی باشد، باز هم سئوالات گوناگونی درباره میدان هیگز وجود دارد: چه تعداد میدان هیگز وجود دارد و ویژگی های دقیق آنها چیست؟ لیكن در هر حال ما با اطمینان تقریباً ریاضی می دانیم كه هر مكانیسمی كه عامل این امر باشد، باید پدیده های جدیدی در محدوده انرژی LHC مانند ذرات مشاهده پذیر هیگز یا تكنوذره ها را به وجود آورد. بنابراین هدف اصلی طراحی LHC كشف این پدیده ها و معین كردن مكانیسم جرم زایی مزبور است. آزمایش های LHC همچنین به پدیده های نوین دیگری حساس خواهند بود كه می توانند موید نظریه هایی باشند كه مدل استاندارد را بسط داده یا كامل می كنند.
برای مثال گمان بسیار می رود تئوری كامل تر باید شامل ابرتقارن باشد.
ابرتقارن شبكه روابط مابین نیروها و ذرات بنیادی را بسیار زیاد می كند. ابرتقارن موضعی خواه ناخواه گرانشی را نیز دربرخواهد داشت. برعكس تنها نظریه شناخته شده (تئوری ریسمان) كه می تواند با موفقیت نسبیت عام را با مكانیك كوانتومی تلفیق كند، نیازمند ابرتقارن است. اگر ابرتقارن درست باشد، فیزیكدان ها دلیل بسیار مناسبی در اختیار دارند مبنی بر اینكه LHC می تواند ذرات جدیدی را كه پیش بینی كرده است، بیابد. این آزمایش ها می توانند پدیده های نوینی در ورای دامنه ای كه قبلاً توسط LEP كاوش شده بود، بیابند. لیكن حتی اگر آنها LHC را بسازند تنها قله كوه یخ دیگری را آشكار خواهند كرد و LHC همان جایی است كه فیزیكدان ها بررسی های گسترده فرآیندهای نوین را انجام می دهند.
اگر تواترون این پدیده های جدید را مشاهده نكند، در آن صورت LHC طعمه را صید خواهد كرد. توان كاوشگری LHC دربرگیرنده توان LEP و تواترون است و هیچ گونه شكافی باقی نمی گذارد كه پدیده های فیزیكی جدید در آن پنهان بماند. علاوه بر این اندازه گیری های با دقت زیاد كه در دهه گذشته در LEP مركز شتاب دهنده خطی استانفورد و آزمایشگاه فرمی انجام گرفته اند، اساساً این نگرانی را كه بوزون هیگز ممكن است بیرون از دسترس محدوده انرژی LHC باشد، برطرف ساخته است. اكنون روشن است كه بوزون هیگز و یا پدیده های فیزیكی جدید دیگری كه وابسته به تولید جرم باشند در LHC یافت خواهند شد.● رقابت با مهبانگ
پرداختن به این نوع فیزیك مستلزم بازتولید شرایطی است كه تنها یك تریلیونیوم ثانیه پس از مهبانگ وجود داشته است؛ كاری كه فناوری های نوین را به مرزها و ماورای آنها سوق می دهد. مغناطیس ها برای نگهداری پرتوهای پروتون ۷TeV طی مسیر باید میدانی به قدرت ۳/۸ تسلا را تولید كنند. این شدت میدان تقریباً ۱۰۰ هزار برابر میدان مغناطیسی زمین است و بالاترین شدت میدانی است كه تاكنون در شتاب دهنده ای به كار رفته است. این آهن رباها مبتنی بر فناوری ابررسانایی هستند: جریان های عظیم بدون هیچ گونه مقاومتی از میان سیم های نازك ابررسانا شارش می كنند كه حاصل آن آهن رباهای فشرده ای است كه می توانند میدان مغناطیسی ای تولید كنند كه شدت آن با آهن رباهای معمول ساخته شده توسط سیم های مسی غیرقابل حصول است. [تصویر صفحه ۱۵ را ببینید.] برای ابقای ابررسانایی در این وضعیت- با جریان ۱۲ هزار آمپر- هسته های آهن رباها باید در طول مسیر ۴/۲۲ كیلومتری تونل در دمای ۲۷۱- درجه سانتیگراد نگه داشته شود. تلاش برای رسیدن به تبرید در این مقیاس هیچ گاه صورت نگرفته است. در دسامبر ۱۹۹۴ یك قطعه از نمونه اصلی كامل LHC به مدت ۲۴ ساعت به كار پرداخت، كه ثابت كرد محك فنی كلیدی برای انتخاب آهن رباها صحیح اند. از آن زمان تاكنون آزمون هایی روی نمونه های اولیه انجام شده و اجرای LHC را به مدت ده سال شبیه سازی كرده اند.
هم اكنون آهن رباهایی كه از معیارهای طراحی روز بالاتر ند در حال ساخت و تحویل به CERN است تا برای آ زمودن نهایی و نصب به كار رود. با كنار گذاشتن طراحی TeV ،۴۰ SSC در سال ۱۹۹۳ LHC، TeV ۱۴ تنها پروژه شتاب دهنده در دنیا شد كه می تواند یك برنامه تحقیقاتی متنوع در مرزهای انرژی زیاد را اجرا كند. پرتوها متشكل از خوشه های پروتون هستند كه مانند مهره های یك زنجیره رشته ر شته شده اند. در هر نقطه برخورد، جفت هایی از این خوشه ها ۴۰ میلیون بار در ثانیه از بین یكدیگر عبور خواهند كرد و هر بار حدود ۲۰ برخورد پروتون- پروتون را به وجود خواهند آورد. برخوردها چنان زیاد خواهند بود كه هنگامی كه برخورد بعدی روی می دهد ذراتی از برخورد قبلی هنوز در حال عبور از آشكارسازها خواهند بود. از این ۸۰۰ میلیون برخورد در ثانیه تنها حدود یك در یك میلیارد برخورد رودرروی كواركی است.
برای آنكه پا به پای این سرعت سرسام آور پیش برویم، اطلاعات از آشكارگر به درون خط الكترونیكی لوله خواهد رفت كه آنقدر طولانی هست كه داده های مربوط به هزاران برخورد را نگاهداری كند. این امر به دستگاه های الكترونیك «پایین رودخانه» آنقدر زمان می دهد تا در این مورد تصمیم گیری نماید كه آیا یك برخورد جالب است و باید قبل از رسیدن داده ها به پایان خط لوله و ناپدید شدن ضبط و ثبت شود یا نه.
آشكارگر های LHC ده ها میلیون كانال بازخوانی خواهند داشت. جفت و جور كردن تمام علائم موجود در خط لوله كه از یك برخورد پروتون- پروتون یكسان سرچشمه می گیرند، هدفی بلندپروازانه خواهند بود.
● وقتی كوارك ها برخورد می كنند
در حقیقت آشكارسازهای ذرات با تلاش مجدانه برای تماشای هر برخورد به منظور ارائه علائم رویدادهای جالب چشم های الكترونیكی فیزیكدانان محسوب می شوند. LHC چهار آشكارساز ذره ای خواهد داشت. از این مجموعه دو آشكارساز عظیم و همانند عروسك روسی ماتریوسكا است كه بخش های آن به خوبی در یكدیگر تنگ چین شده اند و نقطه برخورد باریكه ای به سمت مركز آشكارساز هدایت می شود. هر بخش انباشته از فناوری های نوین و براساس سفارش طراحی و ساخته شده است. تا پیش از آنكه ذرات به لایه بعدی برسند، مشاهده های ویژه ای روی آنها انجام می شود.
آشكارسازهای چندمنظوره ATLAS و CMS كه به اندازه ۲۲ متر بلندی دارند، ذرات هیگز و ابرتقارن را جست وجو می كنند و با ثبت و ضبط آثار باقی مانده از برخورد تا آنجا كه مقدور است، گوش به زنگ وقایع غیرمنتظره خواهند بود.
دو آشكارساز كوچك تر، ALICE و LHC بر حوزه های گوناگون خاصی از فیزیك متمركز خواهند شد.
هم ATLAS و هم CMS برای آشكار ساختن موئون ها، الكترون ها و فوتون های پرانرژی كه حضورشان می تواند تولید ذرات نوین منجمله بوزون های هیگز را نشان دهد، بهینه شده اند. با وجود این آنها راهكارهای بسیار متفاوتی را دنبال می كنند. سال ها شبیه سازی رایانه ای نشان داده است كه آنها می توانند هر پدیده نوینی كه طبیعت ممكن است از خویش به نمایش بگذارد آشكار سازند. پایه ریزی ATLAS مبتنی بر یك آهن ربای عظیم است كه مجهز به آشكارسازهایی است كه به منظور تشخیص موئون ها در هوا طراحی شده اند. (تصویر صفحه۱۴ را نگاه كنید)
CMS)سولنوئید موئونی فشرده) از رهیافت سنتی تر استفاده از اتاقك های داخل یوغ بازگشتی یك آهن ربای سولنوئیدی بسیار قدرتمند برای آشكار ساختن موئون ها استفاده می كند. (تصویر ۱۶را ببینید)
قسمتی از آشكارساز CMS از بلورهایی تشكیل می شود. هنگامی كه الكترون ها و فوتون ها داخل آن می شوند، نور می دهند یا چشمك می زنند. چنین بلورهایی را بسیار دشوار می توان درست كرد و CMS از تجربه ای كه آزمایش های اخیر L۳ در CERN كسب كرده است، كه آن هم از بلورها استفاده كرده، بهره مند می شود.
(آشكارساز L۳ یكی از چهار آشكارسازی بود كه از سال ۱۹۸۹ تا سال ۲۰۰۰ در تصادم گر LEP به كار رفت و با انجام بررسی های موشكافانه نیروی ضعیف آشكار ساخت. كه دقیقاً سه گونه نوترینوی با جرم صفر یا كم جرم وجود دارد) پیش از L۳ چنین بلورهایی فقط در مقادیر اندك ساخته شده بودند، لیكن L۳ یازده هزار تا از آنها را نیاز داشت. مشابه این بلورها كه برای L۳ ساخته شد در ابزارهای تصویرسازی پزشكی بسیار مورد استفاده قرار گرفته اند. بلورهای برتر CMS در زمان مقتضی احتمالاً حتی تاثیر عظیم تری در حوزه پزشكی خواهند داشت. ALICE (یك آزمایش بزرگ تصادم گریونی) آزمایش تخصصی تری است و هنگامی كه LHC هسته های سرب با انرژی بسیار زیاد TeV ۱۵۰/۱ را به یكدیگر تصادم می دهد، این فرصت را پیدا می كنیم تا توانایی هایش را به نمایش بگذارد.
انتظار می رود كه این انرژی بیش از ۴۰۰ پروتون و نوترون را در هسته های تصادم كننده «گداخته كند» و با این وصف كوارك ها و گلوئون های آنها را آزاد می سازد تا گویچه ای از پلاسمای كوارك- گلوئون تشكیل دهند (QGP) كه حدود ۱۰ هزارم ثانیه پس از انفجار بزرگ بر جهان حكمفرما بود. ALICE به دوره آهن ربای آزمایش L۳ نصب شده و مجهز به آشكارسازهای نوینی است كه برای بررسی QGP بهینه شده اند. شاهدهای بسیاری وجود دارد كه آزمایش ها در CERN قبلاً پلاسمای كوارك- گلوئون را تولید كرده اند.
طی سال های آینده تصادم گریونی سنگین نسبیتی (RHIC) متعلق به آزمایشگاه ملی بروكهاون با ۱۰ برابر كردن انرژی ها برخورد به ازای هر هسته از انرژی نسبت به كار مشابه CERN بخت خوبی برای مطالعه تفصیلی QGP دارد.
LHC یك بار دیگر انرژی را ۳۰ برابر افزایش می دهد و در نتیجه بررسی های مزبور را وسعت بیشتری خواهد بخشید. انرژی بالاتر در LHC برد گوناگون تر آزمایش ها در RHIC را تكمیل خواهد كرد و در نتیجه مقدمات بررسی جامعی از یك مرحله مهم در تكامل اولیه كیهان را به وجود خواهد آورد. مزون های B یعنی موضوع بررسی های LHCb می تواند در پاسخگویی به این پرسش كه چرا كیهان به جای مقادیر یكسان ماده و پادماده از ماده ساخته شده است به ما كمك كند. چنین عدم تعادلی تنها در صورتی می تواند به وقوع بپیوندد كه كوارك ها و ضدكوارك ها با آهنگ های متفاوتی به خویشاوندان سبك ترشان واپاشی كنند.مدل استاندارد می تواند این پدیده را كه نقض CP نامیده می شود، توجیه كند، لیكن احتمالاً نه آنقدر كافی كه بتواند به طور كامل برای غلبه ماده در جهان توضیحی فراهم نماید.
فیزیكدان ها تخطی از CP را در واپاشی كوارك های شگفت در دهه ۱۹۶۰ مشاهده كردند ولی داده گیری از كوارك ها و ضدكوارك های «پایین» سنگین یعنی سنگ بناهای مزون های B نیز برای آنكه معین كند آیا توصیف مدل استاندارد صحیح است یا خیر، مورد نیاز است.
در سال ۱۹۹۹ در دو كارخانه B در كالیفرنیا و ژاپن آزمایش هایی شروع شد كه می توانند ده ها میلیون مزون B در سال تولید كنند. این آزمایش ها تخطی از CP را كه مدل استاندارد آن را پیشگویی كرده است در مد واپاشی مزون B مشاهده كرده اند.
درخشش زیاد باریكه های LHC قادر است در عرض یك سال یك تریلیون مزون B را برای LHC تولید كند.
در نتیجه بررسی های بسیار و تفصیلی تری در گستره شرایط وسیع تر را مجاز خواهد كرد و شاید از مدهای واپاشی خارجی بحرانی ای پرده بردارد كه نادرتر از آنند كه كارخانه های دیگر به وضوح آنها را ببینند.
● آزمایشگاهی برای دنیا
آزمایش های علمی ای كه به اندازه پروژه LHC جاه طلبانه اند، برای یك كشور واحد بسیار گران تمام می شوند و در نتیجه انجام آنها چندان دلپذیر نیست.
مسلماً همكاری بین المللی همواره در فیزیك ذرات نقش مهمی داشته است؛ دانشمندان به هر جایی كه مناسب ترین تجهیزات برای علایق پژوهشی آنها قرار گرفته باشد، اقبال نشان می دهند. همانطور كه آشكارسازها بزرگ تر و هزینه بردارتر شده اند، اندازه و پراكندگی جغرافیایی همكاری علمی ای كه آنها را ساخته نیز رشد یافته است. (نیاز به تسهیل مراودات و مكاتبات بین همكاران در LEP بود كه انگیزه ای برای اختراع شبكه جهان گستر (Word Wide Web) توسط تیم برنرز لی (Tim Berners Lee) در سرن شد.)
شتاب دهنده LHC در ابتدا تنها از ۱۹ دولت اروپایی عضو آن زمان سرن بودجه دریافت می كرد. خوشبختانه بودجه های دیگری از كشورهای دیگر (كه ۴۰ درصدی از خرج LHC را فراهم خواهد كرد)، پروژه را سرعت می بخشد.
كانادا، هندوستان، اسرائیل، ژاپن، روسیه و ایالات متحده موافقت شان را برای تشریك مساعی در زمینه پول و نیروی كار ابراز داشته اند. به عنوان مثال آزمایشگاه KEK متعلق به ژاپن ۱۶ آهن ربای متمركزكننده ویژه را تامین خواهد كرد. ایالات متحده با بیش از ۵۵۰ دانشمند كه از قبل درگیر كار بوده اند، بزرگترین گروه ملی را تدارك خواهد دید. بروكهاون، فرمی لب و آزمایشگاه ملی لورنس بركلی طراحی و ساخت اجزای گوناگون شتاب دهنده را بر عهده خواهند گرفت.
علاوه بر این پنج هزار دانشمند و مهندس از بیش از ۳۰۰ دانشگاه و موسسه پژوهشی از ۵۰ كشور در شش قاره در حال ساختن ATLAS و آشكارسازهای CMS هستند. هرگاه كه امكان داشته باشد، اجزای تشكیل دهنده شتاب دهنده در موسسه های شركت كننده و نزد یكی از دانشجویان (كه با كار بر روی چنین پروژه هایی آموزش های عالی ای كسب می كنند) و با تشریك مساعی صنایع محلی ساخته خواهد شد. تحلیل داده ها نیز بین دانشمندان و پژوهشگران گسترش می یابد.
در حالی كه باید مردم سالاری و آزادی قوه های ابتكار علمی كه لازمه شكوفایی و بالیدن پژوهش علمی است، حفظ شود مدیریت این پروژه ها و تهیه تجهیزات فنی به رغم كم پولی و برنامه های زمانی فشرده چالشی عظیم خواهد بود.
تاكنون سرن در درجه اول آزمایشگاهی اروپایی بوده است. قرار است كه این آزمایشگاه به همراه LHC به آزمایشگاهی برای كل دنیا تبدیل شود. هفت هزار استفاده كننده قبلی آن بیش از نصف فیزیكدانان ذرات بنیادی تجربی كار تمامی دنیا است.در سال ۱۹۹۴ جان پیچلز پسر، مدیر وقت فرمی لب به زیبایی این مطلب را خلاصه كرده است: «سرن به مدت ۴۰ سال نمایش زنده ای از قدرت همكاری بین المللی به منظور پیشبرد دانش بشری به دنیا ارائه داده است. باشد كه ۴۰ سال آتی سرن نه تنها درك نوینی از جهان ما بلكه سطوح جدیدی از تفاهم بین ملت ها فراهم آورد.»

Scientific American,Jul.۲۰۰۰
كریس للولین اسمیت
ترجمه: مهسا وهابی- محمدرضا مولایی

منبع : روزنامه شرق