۴۸ سال بعد

جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۰۸ میان سه فیزیکدان ذرات بنیادی تقسیم شد. این سه فیزیکدان به خاطر کارهای ارزشمندشان در زمینه چگونگی شکل‌گیری جهان مادی بر اثر تخطی‌های بسیار ظریف در تقارن معادلات حاکم بر ذرات بنیادی، مستحق دریافت جایزه نوبل تشخیص داده شدند. البته این انتخاب بحث‌برانگیز اعتراض‌هایی را نیز در پی داشت. نیمی از این جایزه میان ماکوتو کوبایاشی (M.Kobayashi) و توشیهیده ماسکاوا (T.Maskawa) تقسیم شد که در سال ۱۹۷۲ توانسته بودند چگونگی اعمال قوانین فیزیک در مورد ماده و ضدماده و نیز اختلاف بسیار موشکافانه این دو را توضیح دهند. کشف این دو فیزیکدان ژاپنی در مورد «تقارن شکسته» به پیش‌بینی دست‌کم سه خانواده از نوعی ذرات بنیادی موسوم به «کوارک» (Quark) منجر شد. البته برخی از فیزیکدانان نسبت به این انتخاب کمیته نوبل به‌شدت معترضند.
روبرتو پترونزیو (R.Petronzio)، رئیس انستیتو فیزیک هسته‌ای ایتالیا در گفت‌وگو با روزنامه لاریپابلیکا، از قلم افتادن نیکولا کابیبو (N.Cabibbo) در انتخاب برندگان جایزه نوبل فیزیک امسال را حادثه‌ای بسیار تلخ توصیف کرد. در واقع تحقیقات کابیبو بود که بستر مناسب برای کار کوبایاشی وماسکاوا را فراهم کرد. نیمه دیگر جایزه نوبل فیزیک ۲۰۰۸ به یوئیچیرو نامبو (Y.Nambu)، دیگر فیزیکدان ژاپنی رسید که در سال ۱۹۶۰ چارچوبی نظری موسوم به شکست خودانگیخته تقارن را برپا کرد که چگونگی به وجود آمدن نیروهای طبیعت، اندکی پس از انفجار بزرگ را توضیح می‌دهد. در واقع این ریاضیات نامبو بود که راه را برای مدل استاندارد فیزیک ذره‌ای هموار کرد. مدل استاندارد بهترین مفهومی است که تاکنون فیزیکدانان از اجزای سازنده ماده و نیز نیروهای عمل‌کننده بر آنها، ارائه داده‌اند. این ایده که سه نیرو از چهار نیروی اساسی طبیعت یعنی نیروی الکترومغناطیسی، هسته‌ای ضعیف و هسته‌ای قوی در اصل بخشی از یک ابرنیرو در آغاز پیدایش جهان بوده‌اند، بر پایه ایده‌های ناب نامبو تعریف شده است.
شکست خودانگیخته تقارن که نامبو آن را مطرح کرد، در واقع مکانیسمی است که بر اساس آن این ابرنیروی اصیل با سرد شدن جهان به سه نیروی دیگر که امروزه می‌شناسیم تجزیه شده است. آزمایش‌هایی که در دهه ۱۹۹۰ در «برخورددهنده بزرگ الکترون پوزیترون» واقع در آزمایشگاه CERN در ژنو سوئیس (مکان فعلی برخورددهنده هادرونی بزرگ) انجام شد، نظریه نامبو در مورد شکست خودانگیخته تقارن را به دقت بی‌نهایت بالایی مورد ارزیابی قرار داد. نتایج آزمایش‌ها تایید کرد که دو نیروی الکترومغناطیسی و هسته‌ای ضعیف، در واقع وجوه دیگری از همان «نیروی الکترو ضعیف» (Electroweak force) هستند.
همین مفهوم شکست تقارن در سال ۱۹۶۴ توسط سه فیزیکدان دیگر به نام‌های پیتر هیگز (P.Higgs)، رابرت بروت (R.Brout) و فرانکو انگلرت (F.Englert)، برای توضیح چگونگی فرآیند جرم‌دار شدن بنیادی‌ترین جزء ماده، مورد استفاده قرار گرفت. در واقع آنها نشان دادند که شکست خودانگیخته تقارن چگونه تقارن میان نیروها را از بین می‌برد و به ذرات جرم می‌دهد. علاوه بر این، تئوری این سه فیزیکدان وجود ذره‌ای موسوم به «بوزون هیگز» را نیز پیش‌بینی کرد که تاکنون مشاهده نشده است. یافتن بوزون هیگز یکی از مهم‌ترین اهداف فیزیکدانانی است که در جدیدترین شتابدهنده آزمایشگاه CERN، «برخورددهنده هادرونی بزرگ» کار می‌کنند.
مهم‌ترین نتیجه به دست آمده از کار کوبایشی و ماسکاوا توضیح این مسئله بود که چرا قوانین فیزیک در مورد ماده و ضدماده، هرچند بسیار موشکافانه اما تفاوت دارند. لحظات کوتاهی پس از انفجار بزرگ که نخستین لحظات پیدایش جهان به شمار می‌رود، مقادیر یکسانی از ماده و ضدماده به وجود آمد. وقتی ماده و ضدماده در کنار هم قرار می‌گیرند، هر دو نابود می‌شوند و آنچه به جا می‌ماند تنها تشعشع خواهد بود. با توجه به این مسئله برای اینکه ماده بر ضدماده تسلط یابد و جهانی که امروز می‌بینیم به وجود آید، باید عدم‌تعادلی در قوانین فیزیک وجود داشته باشد. نخستین گواه چنین عدم‌تعادلی در خلال بررسی‌هایی ظاهر شد که در سال ۱۹۶۴ روی ذراتی موسوم به «کائون» (Kaon) انجام گرفت. در واقع این ذرات که از یک کوارک و یک ضدکوارک ساخته شده‌اند، می‌توانند پیش از واپاشی به دیگر ذرات، به همتای ضدماده‌شان تغییر شکل دهند. آزمایش‌های انجام شده در سال ۱۹۶۴ از این حقیقت پرده برداشت که کائون‌ها گاهی اوقات به شیوه‌ای دچار واپاشی می‌شوند که اگر قرار باشد ماده و ضدماده از قوانین یکسانی پیروی کنند، ممنوع خواهد بود.
در واقع این یافته‌ها مدل استاندارد فیزیک را آنطور که در اوایل دهه ۱۹۷۰ بود، به‌شدت تهدید می‌کرد. کوبایاشی و ماسکاوا دریافتند که راه حل معرفی سه کوراک دیگر علاوه بر کوارک‌هایی بود که تا آن زمان شناخته شده بودند: کوارک بالا، کوارک پایین و کوارک نامتجانس. این سه کوارک اضافی تنها چند سال پس از پیش‌بینی این دو فیزیکدان ژاپنی کشف شدند: کوارک تحتانی، کوارک فوقانی و کوارک سحرآمیز. کوبایاشی و ماسکاوا علاوه بر پیش‌بینی این سه کوارک، پییش بینی کردند که همان واپاشی‌های عجیب وغریب مشاهده شده در ذرات بنیادی کائون، باید در آزمایش‌هایی که با ذرات ساخته شده از کوارک‌های سنگین‌تر انجام می‌شود نیز مشاهده شود. آزمایش‌های اخیر در «مرکز شتابدهنده خطی استنفورد» در کالیفرنیا و آزمایشگاه KEK در تسوکوبای ژاپن توانستند میلیون‌ها ذره همتای کائون موسوم به بوزون‌های B را به وجود آورند که با وجود جرم بسیار سنگین‌تر، رفتارهای واپشی مشابهی با کائون‌ها از خود نشان می‌دهند. در واقع آزمایش‌های منجر به تولید ذرات بوزون B در آزمایشگاه‌های ژاپن و ایالات متحده، مهر تاییدی بود بر آخرین پیش‌بینی تئوری کوبایاشی و ماسکاوا.

کیوان فیض‌اللهی
New Scientist, Oct. ۰۷, ۲۰۰۸

منبع : روزنامه کارگزاران