برخورد دهندۀ هادرونى بزرگ چگونه کار می کند؟

بیگ بنگ: بیشتر افراد می دانند که برخورد دهنده هادرونى بزرگ(LHC)، یک خرد کننده اتم خیلی بزرگ است. این برخورد دهنده با حلقه ای به طول ۲۷ کیلومتر در مرز سوئیس و فرانسه واقع شده است. این پروژه به قدری گران و هزینه بر بود که چندین نهاد دولتی و غیر دولتی برای تکمیل آن وارد عمل شدند.

به گزارش بیگ بنگ، هزاران دانشمند از صدها کشور به کمک هماهنگی آژانس تحقیقات هسته‌ای اروپا سرن در کل تشکیلات ایفای نقش می کنند. شناساگر های اصلی نیز غول پیکر اند. این برخورد کننده حلقه بسیار بزرگی است ولی امکان دستیابی به برخورد کننده جامع تری وجود دارد. برخورد دهنده هادرونى بزرگ متشکل از چندین حلقه بسیار بزرگ میباشد که در زنجیره ای از نیروی زیاد عمل می کند. شتابدار کردن ذره ای مثل پروتون مستلزم انواع مختلفی از سخت افزارهاست – آهنرباهایی که شتاب ذره را از ۹۹ درصد سرعت نور به ۹۹٫۹۹۹۹ درصد سرعت نور افزایش می دهند، با آهنرباهایی که شتاب همان ذره را از یک درصد سرعت نور به ۱۵ درصد افزایش میدهند، فرق دارد. بنابراین، LHC با مجموعه مبسوطی از شتاب دهندهء ذره تغذیه می شود که برای حصول انرژی ذره بالغ بر ۷ ترا الکترون ولت یا بیشتر فعالیت می کنند.

این نقشه فقط حلقه اصلی برخورد دهنده هادرونی بزرگ و دستگاه تقویت و تسریع ذرات باردار الکترونی را به تصویر می کشد.

در ابتدا، شتاب دهنده ذره خطی (LINAC2) را داریم که ۵۰ مگا الکترون ولت انرژی تولید می کند و پروتون های آزمایشی را به برخورد دهندهء حلقوی زنجیر یعنی تقویت کننده ذرات باردار پروتون ارسال می کند. حلقه این دستگاه تقویت کننده، ذرات را خیلی سریع تا حدود دو گیگا الکترون ولت شتابدار می‌کند و آنرا به دستگاه تسریع کننده ذرات پروتون می فرستد. این دستگاه نیز فرآیند فوق را تا ۲۸ گیگا الکترون ولت ادامه می دهد. سپس، پروتون به دستگاه اَبر شتاب دهندۀ پروتونى(SPS) انتقال داده می شود که در اینجا، شرایط برای دستیابی به انرژی ۴۰۰ گیگا الکترون ولت یا بالاتر مهیا است. فیزیکدانان ایده ارتقای ابر شتاب دهندۀ پروتونى را پیشنهاد داده‌اند؛ لذا پروتون ها می توانند قبل از انتقال به حلقه اصلی شتاب دهنده به چند ترا الکترون ولت کامل برسند.

این ذرات قبل از ورود به خود برخورد کننده هادرونى بزرگ، با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می کنند؛ اما شتابدار کردن پروتون ها( چند درصد آخر) اهمیت خارق العاده ای در آزمایش های فیزیک مدرن دارد. تبدیل پروتون ها به کوارک در اثر انفجار در دستور کار است، اما LHC درصدد وارد آوردن ضربه ای بسیار قوی است که تغییر شکل چارچوب فضا را در اطراف نقطه برخورد در پی دارد؛ بدین ترتیب، راه ِ جدیدی به دنیای کوانتوم گشوده می شود. این هدف به راحتی امکان پذیر نخواهد بود.

شتاب دهندهء ذره خطی دستگاه قدرتمند مطلق است.

به این نکته توجه داشته باشید که حلقه برخورد دهنده هادرونی بزرگ، صرفاً یک آزمایش نیست، بلکه ابزاری برای فراهم آوردن منبعی مشخص در آزمایشات است که آن منبع ذرات اَبر باردار نام دارند. اینکه ذرات اَبر باردار چگونه باید مورد استفاده قرار گیرند، در طی آزمایشات مشخص می شود که با اهداف مختلف در نقاط گوناگونی در پیرامون حلقه قرار گرفته اند. در مجموع ۷ آزمایش وجود دارد که تاکنون چهار مورد از آنها توجه بیشتری را به سوی خود جلب کرده‌اند، این آزمایشات ATLAS, ALICE, CMS, LHCb نام دارند.

• اطلس(ATLAS) مشهورترین آزمایش LHC به شمار می آید؛ اکثر داده هایی که بر وجود ذره بوزون هیگز مهر تایید زدند، توسط مرکز سرن در این آزمایش گردآوری شدند. اطلس بعنوان یک شناساگر هدف کلی طراحی گردید که تا ۴۰ میلیون رویداد گذر پرتو را در هر ثانیه پوشش می دهد و بیشترین داده های ممکن را از این رویدادها جمع آوری می کند.

• سیم پیچ فشرده میون یا CMS درصدد دستیابی به همان هدفی است که اطلس در پی آن است اما با ابزارها و وسایل متفاوت. همچنین، CMS کوچکتر بوده ولی با قوه مغناطیسی بالاتر و متمرکز تری عمل می کند که میدانی با چهار تسلا پدید می آورد؛ یعنی دو برابر بیشتر از اطلس. خب CMS هم به مانند اطلس پدیده های مشابهی را مورد بررسی قرار می دهد، اما اندکی تفاوت در نحوه عملکردش با اطلس به چشم می خورد. CMS نقش سازنده ای در یافتن ذره هیگز داشت اما رسانه‌ها توجه چندانی به آن نکرده اند.

• اما آلیس یا ALICE تخصصی تر است و نام “آزمایش برخورد دهنده بزرگ یونى” را بر آن نهاده اند؛ بررسی سرعت ذرات در اولویت بندی این آزمایش جایی ندارد، اما اندازه گیری اثرات هسته های سنگین مثل سرب که در ۲ تا ۳ ترا الکترون ولت به هم برخورد می کنند، توسط ALICE به انجام میرسد. این کار سطحی از انرژی مخرب ایجاد می کند که می تواند اتم ها را به تشکیل پلاسماى کوارک-گلوان سوق دهد و در آن حالات دیده شود. این بدان معناست که آلیس برای بررسی مفهومی موسوم به QCD یا “همبست کردن کوانتومی کوارک ها توسط گلوان ها ” طراحی شده است و درک علمی ما را از زمان آغاز عملیات در سال ۲۰۱۰ میلادی پیرامون این حوزه ارتقا می بخشد.

• اکنون نوبت به بررسی آزمایش برخورد دهنده هادرونی بزرگ(LHCb) رسیده است. LHCb به منظور مطالعه رفتار عجیب ماده و به ویژه، ماهیت عدم تقارن ماده- پاد ماده در جهان ( چرایی وجود ماده در جهان) طراحی شده است. نظریه می گوید که در آغاز جهان، بیگ بنگ باید مقدار برابری ماده و پاد ماده به وجود آورده باشد. این دو ماده در اثر برهم کنش نابود می شوند. پس جهان چگونه می تواند به چنین نقطه ای برسد، طوریکه مقدار ماده بر پاد ماده می چربد. LHCb برای پاسخگویی به چنین سوالاتی طراحی شده است. گام بزرگ بعدی در حوزه علوم ذرات نیز از سوی برخورد دهنده هادرونی بزرگ برداشته می شود. دانشمندان اندیشه تقویت زنجیره شتاب دهی در LHC را در سر می پرورانند. اخیرا شتاب دهنده به نتایج جالبی در خصوص ذرات زیر اتمی دست یافته است. برخورد کننده بزرگ هادرونى بارها فیزیک را به جلو برده است و به نظر می رسد باز هم این کار را انجام دهد.

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: extremetech.com

image_pdfimage_print
(15 نفر , میانگین : 4٫80 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=62552
منصور نقی لو

منصور نقی لو

نویسنده این مطلب: منصور نقی لو، کارشناسی مترجمی زبان انگلیسی علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فرگشت، اکتساب زبان اول، یادگیری زبان دوم و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۳ پاسخ‌ها

  1. martian گفت:

    سایتتون خیلی قشنگ شده

  2. سپ گفت:

    امیدوارم از این مکان استفاده های در شان بشریت بشه نه فقط برای مقاصد قدرتی….که این آرزو هیچ وقت میسر نمیشه

  3. Javid گفت:

    عالی اما کمی ترسناک دلیلشم خودشون میدونن

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *