اکتشاف در جهان ذرات ۱

چرا باید هزینه ای سرسام آور صرف سفرها و اکتشافات فضایی شود چرا میلیاردها دلار درآمد مالیات دهندگان کشورهای مختلف, باید صرف تحقیقات آزمایشگاهی شود, در حالی که جز یکی دو نفر از زبده ترین مغزهای متفکر جهان, بقیه مردم از آنها چیزی سر در نمی آورند

چرا باید هزینه ای سرسام آور صرف سفرها و اکتشافات فضایی شود؟ چرا میلیاردها دلار درآمد مالیات دهندگان کشورهای مختلف، باید صرف تحقیقات آزمایشگاهی شود، در حالی که جز یکی دو نفر از زبده ترین مغزهای متفکر جهان، بقیه مردم از آنها چیزی سر در نمی آورند. آیا بهتر نیست این همه بودجه را که صرف تحقیقات بی در و پیکر و غیر قابل درک جهان می شود، به طور مساوی بین مردم تقسیم کرد یا حداقل آن را به نیازمندان داد، تا وضع زندگی بهتری داشته باشند؟ آیا این عدالت است که در حالی که میلیون ها نفر بر اثر سو تغذیه در حال مرگ باشند و هزینه ای که می توان با آن حداقل چند ماهی شکم آنها را سیر کرد، صرف پروژه های عجیب و غریبی شود که بشتر به دنیای خیال تعلق دارد تا واقعیت؟

اگر به تحقیقات بنیادی به شکل مقطعی نگاه شود، شاید بتوان این سوالات را مطرح كرد اما این هزینه های پژوهشی به طور مستقیم با آبنده بشریت ارتباط دارند. انسان بدون درک محیط اطراف خود نمی تواند به حیات ادامه دهد. شاید با هزینه های این تحقیقات، بتوان چند روزی چند نفری را سیر کرد.اما مشکل آنها و میلیاردها نفر دیگر که به عنوان انسان روی این سیاره زندگی می کنند جز با افزایش آگاهی های بشر از محیطش حل نخواهد شد.

سال گذشته میلادی پنجاهمین سالروز آغاز یکی از بزرگترین پروژه های تحقیقاتی جهان بود که دید ما را از دنیای اطراف خود متحول کرد. اكنون ۵۱ سال از طرح ایده بزرگترین آزمایشگاه ذرات بنیادی جهان - CERN - می گذرد.زمانی که از ساخت یک آزمایشگاه عظیم و پر هزینه برای یک طرح پژوهشی صحبت می شود، پیش از هر چیز باید به موضوع مورد تحقیق توجه کرد، تا جایگاه و ارزش طرح مشخص شود. هرچه توانایی موضوع مورد تحقیق در پاسخ به سوالات ما بیشتر باشد، بررسی آن دارای اهمیت بیشتری است و توجیه بهتری در احتیار دانشمندان قرار می گیرد، تا با راضی کردن مقامات سیاسی و اقتصادی هزینه لازم برای این پژوهش ها را به دست آورند.یکی از موضوعات جهان دانش که دارای اهمیت فوق العاده ای برای بررسی است مساله ذرات بنیادی است. اگر به محیط اطراف خود نگاه کنید متوجه می شوید که هر چه در عالم می بینید، از بلوکهای ساختمانی خاصی تشکیل شده است. همان طور که ساختمان محل زندگی شما از آجرها و سنگ و... تشکیل شده که در کنار هم به بنای شما شکل و طرح می دهد، یا اجزای شهر محل زندگی شما از کنار هم قرار گرفتن واحدهای ساختمانی و سایر المان های شهرسازی به وجود می آید، در عالم کوچک مقیاس نیز این قوانین رعایت شده است.شاید همه ما از ماهیت ملکولی و اتمی مواد تشکیل دهنده محیط اطراف خود آگاه باشیم.هر آنچه در اطراف ما حضور دارد و امروزه جهان اطراف ما را شکل می دهد، از ترکیب بیش از ۱۰۸ واحد ساختانی به نام اتمها شکل گرفته است.ترکیبات این ذرات اصلی – که در لغت یونانی به معنی تجزیه ناپذیر است - ملکولهای مواد مختلف را شکل می دهند و از به هم پیوستن این ملکولها است که مواد آشنای جهان اطراف ما به وجود می آیند.

اتمها، ترکیبی از ذرات دیگر

اتمها که زمانی بنیادی ترین ذرات عالم شناخته می شدند، از ترکیب مجموعه ذرات متفاوت به وجود آمده اند. امروزه همه دانش آموزان در دروس شیمی و فیزیک خود با مفاهیمی نظیر الکترون، نوترون و پروتون آشنا می شوند.این سه ذره سازنده همه اتمهای مختلف هستند؛ تعدادی پروتون با جرمی معادل ۲۷-۱۰ (۶۷/۱ کیلوگرم) و با بار الکتریکی مثبت در کنار تعدادی نوترون با جرم سکون برابر با جرم پروتون، اما از لحاظ بار الکتریکی خنثی ، در کنار هم قرار می گیرند تا هسته هر اتم را مشخص سازند و سپس تعدادی الکترون با جرم سکون ۳۱-۱۰(۱۱/۹ کیلوگرم) و بار الکتریکی مثبت در فضای اطراف آن به چرخش در می آیند، تا ساختار یک اتم شکل بگیرد.تعداد الکترون ها و پروتون ها و نوترون ها است که نوع اتم و خواص آن را معلوم می کند. به نظر می رسد با بررسی این ذرات بتوان به ساختارهای تشکیل دهنده عالم پی برد، اما این گونه نیست و این تازه آغاز ماجرا است. بنابر نظرات جدید که دانشمندان ارائه کرده اند، خود این ذرات ( الکترونها، نوترونها و پروتون ها) نیز از ذرات بنیادی تر و ریشه ای تری شکل گرفته اند، که می توان انها را بلوکهای ساختمانی ذرات اتمی نامید.کوارک ها جهان زیر اتمی را توصیف می کنند و ما را به دنیایی متفاوت از انچه درک می کنیم، راهنمایی می کنند. تازه این تمام آن چیزی است که می توانیم در اطراف خود پیدا کنیم.بسیاری از ذراتی که در اطراف ما ممکن بود وجود داشته باشند، به شکل ناپایدار در آمده اند و یا امروزه در محیط حضور ندارند. به عبارت دیگر، دانشمندان معتقدند هر آنچه در جهان وجود دارد، حاصل ترکیب ذراتی اساسی و معدود به نام ذرات بنیادی است که تحت تاثیر چند نیروی شناخته شده در کنار هم قرار گرفته اند و جهان ما را شکل داده اند.برخی از این ذرات آنقدر پایدار بوده اند که بتوانند تا امروز در جهان باقی بمانند و جهان آشنای اطراف ما ( از جمله روزنامه ای که می خوانید یا صندلی ای که روی آن نشسته اید، یا کره ای به نام زمین که روی آن زندگی می کنید یا خود بدن شما) را شکل دهند و برخی دیگر به شکل ذرات ناپایداری ظهور کرده اند که تنها در کسری از ثانیه بعد از پدیده انفجار بزرگ (Big Bang) که منجر به شکل گیری جهان ما شد دوام آورده و سپس ناپدید شده اند.

اهمیتی بیش از تصور

اینک اهمیت حیاتی بررسی این ذرات بیشتر آشکا ر می شود. هر آنچه در جهان است و یا زمانی در آن بوده، از ترکیب این ذرات بنیادی است، لذا برای آن که درک درستی نسبت به عالم (از کهکشان ها گرفته تا سلولهای بدن) داشته باشیم، ناگریز از بررسی مساله ذرات بنیادی هستیم.این ذرات بنیادی در شرایطی خاص با یكدیگر پیوند یافته اند و بسیاری از آنها نیز در لحظات اولیه پس از انفجار بزرگ نابود شده اند. پس برای بررسی کامل آنها باید شرایطی را فراهم آورد که علاوه بر امکان حضور مستقل ذرات فعلی ، ذرات بنیادی که اینک در جهان حضور ندارند بار دیگر به زندگی باز گردند.به عبارت دیگر، باد بتوان شرایط آزمایشگاهی به وجود آورد که مشابه شرایط اولیه جهان باشد و این کار نیازمند صرف انرژی فوق العاده بالایی است. ابزاری که انسان امروز را قادر می سازد تا به چنین فضایی دست پیدا کند و این ذرات بنیادی را احیا و بررسی کند، ابزاری به نام شتاب دهنده است.