وقتی دو پروتون با سرعتی نزدیک ِ نور به هم برخورد کنند چه روی می دهد؟

بیگ بنگ: برخورد دهنده هادرونی بزرگ (LHC) بزرگترین ماشین ساخت بشر تا به حال است- که با پرتاب کردن پروتون ها به سوی یکدیگر با سرعتی نزدیک به سرعت نور اختصاص دارد. این برخورد دهنده ۵ آوریل و پس از ارتقا دادن هایی دو ساله به کار افتاد.

به گزارش بیگ بنگ، نوع جدید و بهبود یافته برخورد دهنده هادرونی نیروی لازم برای برخوردهایی را ایجاد خواهد کرد که از هر برخورد دیگری که تا به حال بر روی کره زمین روی داده نیرومندتر است. این ماشین این کار را با تولید پرتوهای پروتون انجام می دهد- ذراتی در اتم که بار مثبت گرفته اند- و آنها را در مداری ۱۷ مایلی پرتاب می کند تا به سرعتی نزدیک به سرعت نور برسند. زمانی که پروتون ها برخوردی سر به سر با هم دارند، منفجر می شوند و ابرهای گاز داغ مملو از ذرات زیر اتمی بی نظیر ایجاد می کنند.

فیزیکدانان اینگونه این برخوردهای فوق العاده را ممکن می سازند

اولین گام تبدیل هیدروژن به پروتون است. هیدروژن عنصر خاصی است زیرا اتم هایش تنها دو جزء دارند: یک الکترون و یک پروتون. اتم های دیگر عناصر، چندین الکترون و پروتون دارند و همچنین ذرات خنثی ایی دارند که نوترون نامیده می شوند. بنابراین تفکیک پروتون ها با این روش آسان تر است: تنها از یک میدان الکتریکی برای کنار زدن اتم های هیدروژن استفاده کنید تا فقط پروتون ها باقی بمانند.

یک پرتو از پروتون های منفرد در جهت عقربه های ساعت ارسال می شوند و به دور تونل ۱۷ مایلی عظیمی در برخورد دهنده هادرونی بزرگ سرعت می گیرند؛ درحالی که پرتو دوم پروتون ها در خلاف جهت عقربه های ساعت ارسال می شوند. ال اچ سی، لوله های شتاب دهنده ای دارد که سرعت پرتو پروتون را تاجایی افزایش می دهد که در کسری از ثانیه با سرعت نور حرکت کند. آهنرباهای فوق سرد در مسیر تونل قرار دارند و همانند فرمان عمل می کنند تا پرتوها را در مسیر نگه دارند.

هر پرتو پروتون دسته های ۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰ تایی از پروتون ها را دارد و تنها یک دسته از ۱۰۰ میلیارد پروتون تشکیل شده است. قبل از اینکه پروتون ها برخورد کنند، تمامی آن پروتون ها در جریانی که باریک تر از پهنای یک تار مو است فشرده می شوند. سرن (CERN) در توصیف برخورد دهنده بزرگ هادرونی اش می نویسد:« ذرات بقدری کوچک هستند که وظیفه برخورد دادنشان شبیه به شلیک دو سوزن به فاصله ده کیلومتر از هم با چنان دقتی است که میان راه به هم برخورد کنند.»

زمانی که پرتوها برخورد می کنند، انرژی حاصل از ادغام آن ها برای ذوب ۴۹۹ کیلوگرم مس کافی است. برخورد دهنده هادرونی بزرگ زمانی که به حداکثر توان خود ظرف چند ماه از هم اکنون برسد، حدود ۶۰۰ میلیون برخورد در هر ثانیه ایجاد می کند. برخوردها در چهار نقطه در طول حلقه ای ۱۷ مایلی روی می دهند. یک آشکارگر ذره در هر نقطه منتظر اندازه گیری تمام ذرات زیر اتمی است که از برخورد فوران می کنند. دانشمندان گمان می برند که این دومین دور از راه اندازی برخورد دهنده هادرونی بزرگ مجموعه ای کاملا جدید از ذراتی را آشکارسازد که می تواند دانش ما از فیزیک را کاملا متحول کند. در زیر انیمیشنی از برخورد دو پرتو درون آشکارساز ATLAS ال اچ سی مشاهده می کنید:

تونل های ال اچ سی که پروتون ها در آن جریان دارند شرایطی شبه خلأ، نظیر فضای خالی بیرون از زمین دارند. هنگامی که دو پرتو برخورد می کنند، تمام انرژی آن ها که در چنان خلأ کوچکی از فضا جمع شده منفجر می شود و توده ای را به شکل ذرات زیر اتمی تشکیل می دهد (به معادله مشهور اینشتین بیاندیشید: انرژی برابر است با E=mc2)

ذرات منتشر شده از این برخوردها تنها برای کسری از ثانیه وجود دارند اما همین زمان برای آشکارسازهای ذرات کافی است تا کارشان را انجام دهند- تا وضعیت، سرعت، بار، جرم، و انرژی تمام ذرات زیر اتمی ایجاد شده را اندازه گیری کنند. برخوردها آنقدر پر انرژی هستند که بیشتر ذراتی که به عالم وجود فوران می کنند ردّی از نور پشت سر خود برجای می گذارند بنابراین تعیین وضعیتشان امکان پذیر است. اغلب آشکارگرها آهنربای قوی ای دارند که باعث می شود ذرات بسته به بار الکتریکی شان در مسیری منحی شکل حرکت کنند.
LHC-to-Make-Important-Announcement-About-the-Higgs-Boson-2با قرار دادن همه این موارد درکنار هم آشکارگرها می توانند برخوردهایی که انگار درجا روی می دهند ایجاد کنند. عکس هایی مثل عکس بالا که از بوزون هیگز است در حقیقت بازسازی های کامپیوتری از مسیرهایی است که ذرات حین موجودیت بسیار کوتاهشان می پیمایند. اینجا است که ما تصاویری فوق العاده ای نظیر تصویر زیر از برخی از اولین برخوردها درون آشکارساز ALICE در ال اچ سی بدست می آوریم:
ev71_3d.pngو این تصویر از آشکارساز ذره CMS در ال اچ سی که بیش از ۱۰۰ ذره زیر اتمی را که از یک برخورد پروتون با پروتون فوران کرده نشان می دهد:
ppb_1920x1080_3d.pngو بوزون هیگز نمادین:
ap120704021118ال اچ سی با توانی دو برابر بیشتر از زمانی که بوزون هیگز را آشکار ساخت کار خواهد کرد، بنابراین بسیار محتمل است که در این دور دوم راه اندازی اش ذراتی را که پیشتر هرگز دیده نشده اند را آشکار سازد.

مترجم: حسین طریقی / سایت علمی بیگ بنگ

منبع: techinsider.io

image_pdfimage_print
(29 نفر , میانگین : 4٫90 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=44006
تحریریه‌ی بیگ بنگ

تحریریه‌ی بیگ بنگ

وب سایت بیگ بنگ یک سایت علمی، تحقیقاتی میباشد که توسط تعدادی از علاقمندان به علم و دانش اداره می شود. این سایت از اواخر سال 1390 تاکنون به فعالیت خود در این حوزه ادامه داده است.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۶ پاسخ‌ها

  1. حسین گفت:

    با درود فراوان

    آیا تقسیم مواد تشکیل دهنده عالم به اجزاء کوچکتر حد نسابی دارد و یا در جایی متوقف میشود و دیگر ذرات ریزتر از آن نخواهند شد ؟؟؟؟

    با تشکر

    • آران گفت:

      سلام عرض کنم که تقسیم پذیری نامحدوده در عالم ماده که عالم کثرات و پراکندگی هاست وحدت و کثرت در هم آمیخته اند. در عناصر مادی و خاکی نمیشه به مفهوم خالص و مجرد و تقسیم ناپذیر رسید چون اصلا ماده قابلیت مجرد بودن رو نداره.پس هیچ وقت نمیشه به جایی رسید که بشه گفت که خوب این آخر خطه و این ذره کاملا مجرده و از هیچ جزئی تشکیل نشده و خودشه و خودش. تا بینهایت میشه تقسیم کرد

  2. بیاتی گفت:

    سلام
    با توجه به فرمول E=MC2 انیشتن ، اگر جسمی (در اینجا پروتون) بتواند با سرعت نور حرکت کند جرمش بینهایت یا خیلی زیاد میشود. همان نگرانی که قبل از اولین آزمایشهای شتاب دهنده نوترونی وجود داشت که ممکن است جرم زمین را چنان زیاد کند که زمین از مدار خارج شده یا سوراخی عظیم در محل آزمایشگاه ایجاد شود که هیچ کدام رخ نداند. آیا میتوان نتیجه گرفت که فرمول بالا و نظر انیشتن در این رابطه غلط است و آیا خود آزمایشگاه نظری در این باره منتشر کرده ؟

    • مهدی عباسپور گفت:

      هیچ ذره ی دارای جرمی نمی تونه به سرعت نور برسه. به همون دلیل که شما در بالا اشاره کردید. چون جرم افزایش پیدا می کنه و اگر به سرعت نور برسه جرم به طرف بی نهایت میل میکنه و برای شتاب دادن به چنین جرمی طبق فرمول معروف قانون دوم نیوتن (F=ma) نیروی بی نهایت مورد نیازه که ما در اختیار نداریم و در عمل همچین نیرویی اصلا وجود نداره. اما در مورد شتاب دهنده ای که بحث در موردش هست باید توجه کنیم سرعت پرتون ها نزدیک به سرعت نور میشه و هیچ وقت دقیقا به سرعت نور نمی رسه. برای همین جرمش هم حتما بیشتر میشه اما بی نهایت نمیشه و در حدی نیست که روی جسم بزرگی مثل زمین تاثیر چشمگیر بذاره. وگرنه دانشمندا هیچ وقت این ریسک رو نمی کردن که به خاطر پیشرفت فیزیک حیات زمین رو در خطر نابودی قرار بدن.

  3. pourya گفت:

    شتاب دهنده خیلی خطرناک است ممکن است شتاب دهنده به انسان ها برخورد کند DNAانسان تغییر دهد وبه ابرقهرمان تبدیل کندو….

پاسخ دهید

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