ابر تقارن چیست؟ – قسمت اول

بیگ بنگ: می توان گفت مانع بزرگی که دانشمندان بدنبال دست یابی به نظریه همه چیز برای توضیح پدیده های جهان دارند، عدم یگانگی گرانش از طریق اتحاد فضا زمان در نسبیت عام با دنیای ریز کوانتومی است. عدم قطعیت ورنر هایزنبرگ، فضا – زمان را در سطح کوانتومی به هم ریخته می کند و اتحاد آن را با نسبیت عام دچار لغزش می کند.

Stringبه گزارش بیگ بنگ، یکی از چالش های فهرست بندی شده برای نظریه همه چیز که هاوکینگ به هنگام سخنرانی لوکاسی خود در سال ۱۹۸۰ پیش روی هر نامزد نظریه همه چیز گذاشت این است که این نظریه باید نیروها و ذرات را متحد کند. با وجود پیشروی نظریه ریسمان به عنوان نامزدی برای نظریه همه چیز، اندازه ریسمان ها برای دیده شدن در آزمایش های ذرات بسیار بسیار کوچک اند، اما جنبه هایی از نظریه ریسمان ممکن است با تکنولوژی های کنونی مورد بررسی قرار گیرد. یکی از پیش بینی های نظریه ریسمان این است که ما می توانیم در ترازهای انرژی بالا مدارکی مبنی بر وجود تقارنی بین ذراتی که نیرو را منتقل می کنند (بوزون ها) و ذراتی که ماده را تشکیل می دهند (فرمیون ها) مشاهده کنیم، این تقارن بین ماده و نیروها را ابرتقارن می نامند.

تاریخچه ابر تقارن:

ابتدا وارد تاریخچه ایده این نظریه می شویم و سپس بعد از تعریف برخی اصطلاحات فیزیکی نظیر تقارن، شکستن تقارن، گذار فاز و اسپین به این نظریه می پردازیم. ابرتقارن مربوط به باریون ها و مزون ها – که در ادامه توضیح مختصری در مورد این ذرات می دهیم – برای اولین بار توسط هیروناری میازاوا در سال ۱۹۶۶ پیشنهاد شد.این ابرتقارن شامل فضا زمان نمی شد و مربوط به تقارن داخلی بود.البته کار میازاوا در آن زمان به فراموشی سپرده شد.

ژان لوپ گراویس و بونجی ساکیتا در سال ۱۹۷۱، یوری گالفند و لایتمن هم در سال ۱۹۷۱، همچنین ولکوو و آکولوو در سال ۱۹۷۲ بطور مستقل ابرتقارن را در زمینه نظریه میدان های کوانتومی احیا کردند، یک تقارن بین فضا زمان و میدان های بنیادی. این نظریه یک رابطه ای بین دو گروه ذرات فرمیون و بوزون برقرار می کند و فضا زمان و تقارن پدیده ها در ابعاد ماکروسکوپی را متحد می کند. اولین نسخه واقعی ابرتقارن مدل استاندارد توسط پیر فایت در سال ۱۹۷۷ پیشنهاد شد و به (Minimal Supersymmetric Standard Model) معروف شده است. رده بندی ذرات بصورت خاص، که برای توصیف ذرات بنیادی به کار می رود را مدل استاندارد می گویند.

تعریف باریون ها و مزون ها:

باریون ها گروهی از ذرات ماده اند که شامل اجزای هسته اتم از جمله پروتون و نوترون می شوند. باریون ها سنگین تر از گروه های دیگر هستند (ریشه واژه باریون به باریس در زبان یونانی به معنای سنگین بر می گردد). پروتون و نوترون ها نیز از ذرات بنیادی تری به نام کوارک ساخته شده اند. پروتون از دو کوارک بالا که بار الکتریکی هر یک دو سوم مثبت است به همراه یک کوارک پایین با بار الکتریکی یک سوم منفی ساخته شده است و نوترون از دو کوارک پایین که بار هر یک سوم منفی است و یک کوارک بالا با بار دو سوم مثبت. معمولا ذراتی که از سه کوارک ساخته شده اند را باریون می نامند.

mesonsالبته اختلافی بین کیهان شناسان و فیزیکدانان ذرات در خصوص الکترون وجود دارد: کیهان شناسان، الکترون را با اینکه از کوارک ساخته نشده است جزو باریون ها می آورند. مزون به معنای میانه است و اولین بار توسط دانشمند ژاپنی به نام هیدکییوکاوا برای توجیح عدم فروپاشی هسته بدلیل دافعه الکتریکی بین پروتون ها با بار همنام پیشنهاد شد، از دیدگاه علمی مزون ذراتی است که از دو کوارک تشکیل شده اند.

معنای تقارن:

در اینجا به تقارن می بپردازیم، تصور کنید میله ای ایستاده روی زمین گذاشته شده است، هیچ ترجیحی وجود ندارد که میله از کدام طرف بیافتد، می گوییم گرانشی که باعث افتادن آن می شود “متقارن” است. همه جهت ها به یک اندازه محتمل اند، اما وقتی میله می افتد از همه جهات نمی افتد؛ فقط از یک طرف می افتد! پس تقارن می شکند. برای مثالی دیگر می توان ظرف آبی را تصور کرد، آب درون ظرف متقارن است ولی وقتی آرام آرام یخ می زند تقارن آن شروع به شکستن می کند و دیگر حالت ِ متقارن قبلی را ندارد. ممکن است کلمه “فاز” به گوشتان خورده باشد، فاز در فیزیک به حالت ماده اشاره می کند؛ حال گذار فاز (Phase Transition) به تغییر فاز ماده اشاره می کند، مثل انجماد. آب در حال یخ زدن را در نظر بگیرید، با انجماد آب و تشکیل بلور های یخ تقارن آب می شکند: یخ زدن آب مثالی برای گذار فاز است.

خوب است ذکر کنیم که بطور مثال آب می تواند بدون شکسته شدن تقارن تا دمای زیر انجماد برود. احتمالا مشاهده کردید در بعضی روز های سردی که دما پایین تر از نقطه انجماد است ولی قطرات باران همچنان در حالت مایع است؛ به این پدیده “ابر سرمایش” می گوییم. قطرات باران متقارن باقی می مانند تا وقتی که به چیزی مانند کف زمین یا درختی برخود کنند و در جا یخ بزنند.

vlJrQاسپین چیست:

همه ذرات ویژگی به نام اسپین دارند، اسپین در لغت به معنای چرخش است. اسپین معین می کند که ذره از جهت های مختلف چه شکل و شمایلی دارد. اسپین ۱ به این معناست که با یک دور چرخش یا ۳۶۰ درجه دوران دادن ذره شکل قبل از دوران را پیدا می کند. اسپین ۲ همین ویژگی را ولی با نیم دور چرخش یا دوران ۱۸۰ درجه ای توصیف می کند. حتی ذره ای با اسپین ½ را می توان تعریف کرد که به دو بار چرخش (دوران ۷۲۰ درجه ای) برای رسیدن به شکل قبلیش نیاز دارد. استیون هاوکینگ در کتاب “جهان در پوست گردو” علاقه دارد که این ویژگی را با دسته کارت های بازی (ورق) توصیف کند. بی بی دل را در نظر بگیرید، این کارت با نیم دور چرخش ۱۸۰ درجه ای شکلش حفظ می شود؛ پس می گوییم اسپین آن ۲ است. تک پیک را در نظر بگیرید؛ بدلیل علامت تک آن با نیم دور شکلی متمایز از شکل کنونی پدید می آید ولی با یک دور چرخش به شکل کنونی می رسد، پس اسپین آن ۱ است.

بوزون ها و فرمیون ها را که در ابتدا اشاره کردیم می توان با این ویژگی تعریف کرد. بوزون ها که نیرو و پیام ها را منتقل می کنند ذراتی با اسپین صحیح اند و فرمیون ها که تشکیل دهنده ماده اند با اسپین نیم صحیح. بطور مثال الکترون، پروتون، نوترون که فرمیون هستند اسپین ½ دارند. بوزون ها که پیام ها و نیروی ها را منتقل می کنند برای هر چهار نیروی شناخته شده در طبیعت اسمی خاص دارند. ذرات پیام رسان نیروی الکترومغناطیسی، گرانش و هسته ای قوی(که به تشکیل هسته و کنار هم قرار گرقتن کوارک ها برای تشکیل پروتون و نوترون و سایر ذرات مربوط است) به ترتیب فوتون، گراویتون، گلوئون و برای نیروی هسته ای ضعیف (که به پدیده رادیواکتیویته مربوط است) جز خانواده W ها و Z ها هستند. اسپین این ذرات به جز گراویتون ۱ است و اسپین گراویتون ۲ است. اکنون آماده ایم که وارد بحث نظریه ی ابر تقارن شویم، در قسمت دوم این مجموعه با ما همراه باشید…

ادامه دارد »»»

نویسنده: پویا فرخی/ سایت علمی بیگ بنگ

منابع بیشتر: Supersymmetry , businessinsider , superstringtheory
کتاب استیون هاوکینگ ذهنی رها/نوشته کیتی فرگوسن
کتاب جهان در پوست گردو/نوشته: استیون هاوکینگ

(20 نفر , میانگین : 4٫55 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=33582

شما ممکن است این را هم بپسندید

۲ پاسخ‌ها

  1. afshin گفت:

    یعنی چیزی که باعث شکستن تقارن در گذار فاز یک ماده میشه با توجه به مثال یه نیروی ناشناخته است

  2. فرزان گفت:

    واقعا و واقعا مطلبتون عالی و مفید هست و امیدوارم به همین سبک ادامه دهید. من به شدت استفاده کردم

پاسخ دهید

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