معرفی کتاب: ذره در پایان گیتی

بیگ بنگ: بوزون هیگز، یکی از داغ‌ترین موضوعات علمی دوران ما به شمار می‌رود و کلید درک وجود داشتن جرم. شون کرول، فیزیک‌دان کلتک، به شرح داستان کشف این ذره می‌پردازد. هزینه‌های میلیارد دلاری و هزاران دانشمند در برخورددهنده‌ی بزرگ هادرون در پی دست‌نیافتنی‌ترین ذره‌ای هستند که چه بسا درگاهی باشد بر کشف عجیب‌ترین‌ها یعنی ماده‌ی تاریک.

book1

ذره در پایان گیتی
————————–
The Particle At The End Of Universe

نوشته‌ی : شون کرول (Carroll, Sean)

ترجمه: رامین رامبد
انتشارات: مازیار
موضوع: فیزیک – ذرات بنیادی – برخورددهنده‌ها
چاپ اول، ۱۳۹۲
تعداد صفحه:۳۴۰ ص
وب‌سایت ناشر: www.mazyarpub.com
قیمت: ۱۶۰۰۰ تومان (به همراه سی‌دی)

کتاب ذره‌ در پایان گیتی، به بیان همه دشواری‌ها در این راه می‌پردازد: پول و سیاست، حسدورزی و فداکاری، تاریخ و آخرین تکنولوژی. خواننده با قلمی شیوا به گشت و گذاری در قلمرو شتاب‌دهنده‌ها، ساختار مدل استاندارد ذرات بنیادی، مبانی شکسته‌شدن تقارن، اصول نظریه‌ی میدان، دلیل و اهمیت میدان و در نتیجه بوزون هیگز، زمینه‌ی تاریخی این ذره‌ی اغواگذ و دانشمندان درگیر در بنیان‌گذاری نظری آن، آزمایش‌های مورد استفاده در کشف آن و ساختار آشکارسازها و دیگر مطالب برده می‌شود. سرانجام وی پی می‌برد که چرا هیگز مهم است و کشف آن چه امکان‌پذیری‌هایی را پیش روی ما می‌گذارد. آیا کشف هیگز به معنای بسته‌شدن پرونده‌ی ذرات بنیادی است یا ماجرا همچنان با هیجان ادامه پیدا خواهد کرد؟

به قسمت‌هایی از متن کتاب توجه فرمایید:
جالب است بدانید که گرانش بدان صورتی که نیوتن و لاپلاس توصیفش کردند، هیچ نوع تابشی را پیش‌بینی نمی‌کند. نظریه می‌گوید وقتی سیاره یا ستاره‌ای حرکت می‌کند، کشش گرانشی آن، در جا، در سراسر گیتی دگرگون می‌شود. این موجی انتشاریابنده نیست. بلکه انتقالی آنی در همه جا است. این فقط یکی از جنبه‌هایی است که گرانش نیوتونی انگار به خوبی با چارچوب دگرگون‌شونده‌ی فیزیکی که در طی سده‌ی نوزدهم توسعه پیدا کرده بود، جور در نمی‌آمد. الکترومغناطیس، و به ویژه نقشی کلیدی که سرعت نور ایفا کرد، در برانگیختن آلبرت اینشتین و سایرین برای توسعه‌ی نظریه‌ی نسبیت خاص در ۱۹۰۵ حیاتی بود. بنا به این نظریه، چیزی نمی‌تواند تندتر از نور برود، نه حتی تغییرات فرضی در میدان گرانشی. چیزی باید ارائه می‌شد. پس از ده سال کار سخت، اینشتین توانست نظریه‌‌ی کاملاً تازه‌ای برای گرانش ارائه دهد: نظریه‌ی نسبیت عام که به طور کامل جایگزین گرانش نیوتونی شد. درست مانند نسخه‌ی لاپلاس از گرانش نیوتونی، نسبیت عام اینشتین گرانش را بر حسب میدانی توصیف می‌کند که در هر نقطه از فضا تعریف می‌شود. ولی میدان اینشتین، از نظر ریاضی خیلی پیچیده‌تر و ترسناک‌تر از میدان لاپلاس است.

به جای پتانسیل گرانشی که تنها در هر نقطه یک دانه است، اینشتین از چیزی به نام تانسور متریک استفاده کرد که می‌توان آن را به صورت مجموعه‌ای از ده عدد مستقل در هر نقطه در نظر گرفت. این پیچیدگی ریاضی است که آوازه‌ی نسبیت عام را به عنوان نظریه‌ای که فهمش بسیار دشوار است، سبب می‌شود. اما ایده‌ی پایه، ساده است و ژرف: متریک، خمیدگی خود فضازمان را توصیف می‌کند.به گفته‌ی اینشتین گرانش نمودی است از خمیدگی و کشیدگی همان بافتار فضا، شیوه‌ای که فواصل و زمان را در گیتی اندازه می‌گیریم. وقتی می‌گوییم میدان گرانشی صفر است، منظورمان این است که فضازمان تخت است و هندسه‌ی اقلیدسی فراگرفته شده در دبیرستان معتبر. یکی از پیامدهای خوشحال‌کننده‌ی نسبیت عام آن است که درست مانند الکترومغناطیس، آژنگ‌ها در میدان، امواجی را توصیف‌ می‌کنند که با سرعت نور می‌روند و ما آن‌ها را آشکارسازی کرده‌ایم. گرچه نامستقیم.

در سال ۱۹۷۴، راسل هالس و جوزف تیلور، منظومه‌ای دوتایی پیدا کردند که در آن هر دو جسم ستارگان نوترونی بودند و با سرعت در مداری تنگاتنگ می‌چرخیدند. نسبیت عام پیش‌بینی می‌کند که چنین منظومه‌ای باید با پس دادن امواج گرانشی، انرژی از دست دهد که سبب می‌شود تناوب مداری آرام آرام کم شود. چون ستارگان به هم نزدیک می‌شوند. هالس و تیلور توانستند این تغییر در تناوب را اندازه بگیرند. درست همان چیزی که با نظریه‌ی اینشتین پیش‌بینی می‌شد. در ۱۹۹۳ آنان به پاس کوشش‌های خود برنده‌ی جایزه‌ی نوبل فیزیک شدند. گذرکردن موجی گرانشی، فضازمان را کش می‌دهد، آینه‌ها را به هم نزدیک و سپس از هم دور می‌کند.این را می‌شود با اندازه‌گیری تغییرات جزئی در تعداد طول موج‌های لیزر بین دو آینه آشکارسازی کرد.
————————————

تفاوت عمده بین جهان کوانتومی و جهان کلاسیک را می‌توان در رابطه‌ی بین چیزی که ««به راستی هست»» و چیزی را که عملا می‌بینیم، بیان کرد. بدیهی است که هر اندازه‌گیری جهان واقعی در معرض عدم دقیت وسایل اندازه‌گیری ماست، ولی در مکانیک کلاسیک می‌توانیم دست کم هر چه بیشتر دقیق باشیم و اندازه‌گیری‌هایمان را هر چه بیشتر به واقعیت نزدیک کنیم. مکانیک کوانتومی این امکان‌پذیری‌ را از دستانمان بیرون می‌کشد، حتی در اصل. در جهان کوانتومی، چیزی را که امکان دیدنش را داریم، تنها زیرمجموعه‌ای است کوچک از آنچه که به راستی هست.

بیایید سراغ یک هماننی تقریبی برویم. فرض کنید که دوستی دارید بسیار خوش‌عکس. ولی درباره‌ی عکس‌های او به نکته‌ی عجیبی پی می‌برید: همواره نمیرخش، چپ یا راست، در عکس است، نه از روبه رو و نه از پشت سر. وقتی او را از بغل می‌بینید و عکسی می‌گیرید، تصویر همواره همانی است که گرفتید. ولی وقتی عکسی درست از روبرو از او می‌گیرید، در نیمی از مواقع نیمرخ چپ و در نیمی از مواقع نیمرخ راست او دیده می‌شود. (شرط این همانندی آن است که عکس‌گرفتن، هم ارز مشاهده‌ی کوانتومی باشد.) شما می‌توانید از یک زاویه‌ عکسی بگیرید و واقعا به سرعت به سمت دیگر بروید و در زاویه‌ی نود درجه عکسی دیگر بگیرید. ولی تنها دارید همیشه از نیمرخ عکس می‌گیرید.

این جان مایه‌ی مکانیک کوانتومی است. دوستمان می‌تواند واقعاً در هر جهتی باشد، ولی وقتی عکسی می‌گیرید، ما تنها یکی از دو زاویه‌ی ممکن را می‌بینیم. این همانندی خوبی است برای اسپین الکترون در مکانیک کوانتومی. ویژگی‌ای که همواره آن را یا به صورت ساعت‌گرد اندازه می‌گیریم یا پادساعت‌گرد. فارغ از اینکه چه محوری را برای اندازه‌گیری به کار می‌بریم. همین اصل برای دیگر کمیت‌های مشاهده‌پذیر هم برقرار است. مکانی از یک ذره را در نظر بگیرید. در مکانیک کلاسیک چیزی به نام موقعیت ذره هست و می‌توانیم آن را اندازه‌گیری کنیم. در مکانیک کوانتومی چنین چیزی وجود ندارد. در عوض چیزی است به نام تابع موج ذره. که مجموعه‌ای است از اعدادی که احتمال دیدن آن ذره را در هر مکانی خاص وقتی به آن می‌نگریم،‌آشکار می‌کند. خبری از چیزی به صورت واقعا ذره کجاست، نیست. ولی وقتی می‌نگریم، همواره آن را در مکانی خاص می‌بینیم.

هنگامی که مکانیک کوانتومی به میدان‌ها اعمال شد،‌به نظریه‌ی میدان کوانتومی رسیدیم که مبنای توضیحات مدرن ما از واقعیت، در بنیادی‌ترین سطح‌ش است. بنا به نظریه‌ی میدان کوانتومی، وقتی با دقت کافی به میدانی بنگریم، آن را به صورت ذرات مجزا می‌بینیم. گرچه خود میدان واقعی است. (خود میدان عملا دارای تابع موجی است که احتمال یافتن آن را با هر مقدار خاصی در هر نقطه از فضا توصیف می‌کند. نظریه‌ی میدان کوانتومی مسئول پدیده‌ی ذرات مجازی، از جمله پترون‌ها (کوارک‌ها و گلوئون‌ها) درون پروتون است که برای آنجه که در برخوردهای درون ال اچ سی رخ می‌دهند، اهمیت بسیاری دارد. همان‌طور که هرگز نمی‌توانیم تک پروتونی را به مکانی معین سنجاق کنیم، هرگز نمی‌توانیم میدانی را به پیکربندی خاصی سنجاق کنیم. اگر به حد کافی از نزدیک به آن بنگریم، ذراتی را می‌بینیم که در فضای تهی، بسته به شرایط موضعی، هست و نیست می‌شوند. ذرات مجازی پیامد مستقیم عدم قطعیت ذاتی در اندازه‌گیری‌های کوانتومی است. نسل‌ها است که دانشجویان فیزیک با این پرسش دشوار روبه‌رو شده‌اند که آیا ماده به راستی از ذرات ساخته شده است یا امواج؟ اغلب آنان سال‌ها بدون دست یافتن به جواب قطعی به تحصیل ادامه می‌دهند. پاسخ این است: ماده به راستی موج است (میدان کوانتومی)، ولی وقتی با دقت کافی به آن بنگریم، ذرات را می‌بینیم.

فهرست مطالب

۱) آن هنگام
۲) در کنار خدامانندی
۳) اتم‌ها و ذرات
۴) داستان شتاب‌دهنده
۵) بزرگترین ماشین تا کنون ساخته شده
۶) دانایی از راه کوبیدن
۷) ذرات در امواج
۸) از درون آینه‌ای شکسته
۹) خراب‌کردن خانه
۱۰) پراکندن سخن
۱۱) رویاهای نوبل
۱۲) ورای این افق
۱۳) قابل دفاع ساختن

پیوست ۱ – جرم و اسپین
پیوست ۲ – ذرات مدل استاندارد
پیوست ۳ – ذرات و برهم‌کنش‌هایشان

image_pdfimage_print
(12 نفر , میانگین : 4٫75 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=17005
اسماعیل جوکار

اسماعیل جوکار

نویسنده این مطلب: اسماعیل جوکار، دانشجوی مقطع کارشناسی فیزیک، علاقمند به فیزیک، نجوم و کیهان شناسی می باشد و به عنوان نویسنده در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

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