بیگ بنگ: فیزیکدانان ذرات در ایتالیا و ایالات متحده، روش جدیدی را برای تجزیه و تحلیل داده‌های برخورد دهنده هادرونی بزرگ(LHC)، ارائه نموده‌اند که ممکن است به کشف ذرات جدید در آینده کمک نماید. برخورد دهنده، که در نزدیکی ژنو سوئیس واقع شده بزرگترین و قدرتمندترین شتاب دهنده ذرات جهان است. این دستگاه با پرتاب پروتون‌هایی که دارای سرعتی نزدیک به سرعت نور هستند باعث تولید ذرات جدید می‌شود که یکی از معروف‌ترین ذرات تولید شده با این روش، بوزون هیگز است. 

به گزارش بیگ بنگ، معادله مشهور اینشتین، E=mc²، بیان می‌دارد که جرم و انرژی دو سوی یک سکه هستند. به دلیل وجود چنین همبستگی بین جرم و انرژی، شتاب دهنده تنها می‌تواند ذراتی را تولید کند که سبک‌تر از میزان انرژی پمپاژ شده توسط این دستگاه به سوی پروتون‌هایی باشد که در حال برخورد با یکدیگر هستند. هنگامی که شتاب دهنده، بوزون هیگز مشهور را تولید نمود، در 3.5 ترا الکترون ولت یا TeV برای هر پرتو مشغول به کار بود.

این بدان معناست که هر پروتون در درون تونل ِ 27 کیلومتری برخورد دهنده آنقدر شتاب گرفته تا اینکه توانسته 17 هزار برابر انرژی متوسط ​​آزاد شده توسط یک اتم اورانیوم در طی انفجار هسته‌ای را حمل نماید. در مقایسه، بوزون هیگز دارای حجم نسبتا کمتر 125 گیگا الکترون ولت است که بسیار کوچکتر از آن چیزی است که شتاب دهنده از لحاظ تئوریک قادر به تولید آن می‌باشد. با این حال، شتاب دهنده مجبور بود دو سال کامل یک ریز کار کند تا دانشمندان داده‌های کافی مورد نظر خود را جمع آوری کنند و بتوانند با اطمینان بگویند که بالاخره ذره بوزون هیگز را کشف نموده‌اند؛ چرا که اگر کسی سعی داشته باشد جایزه نوبل را بدست آورد، باید مطمئن شود که تصاویر، مبتنی بر داده‌های واقعی هستند و نه اصطلاحات آماری.

در حقیقت، شتاب دهنده می‌تواند هر چیزی را که به انرژی کمتری از انرژی آن نیاز داشته باشد تولید نماید اما مشکل این است که سرعتی که شتاب دهنده در آن این ذرات را تولید می کند، بسیار اندک است. وقتی دو پرتو پروتون که هر کدام ده میلیارد قدرت دارند – 10 هزار بار در یک ثانیه از یکدیگر عبور می‌کنند، احتمال رخ دادن برخوردی واقعی بین این دو پروتون نسبتا محال است و حتی ممکن است در هر چند صد میلیون بار، یک بار رخ دهد. از میان ميليون‌ها و تریليون‌ها برخورد، یکی از آنها می‌تواند ذره‌ای به سنگینی “بوزون هیگز” را تولید کند که ممکن است تنها پس از يک ميليارد بار برخورد اتفاق بیافتد.

اگر دانشمندان برای تأیید ردیابی بوزون هیگز به پروسه‌ای 2 ساله نیاز داشتند، پس مطمئنا زمان بیشتری برای ردیابی ذرات سنگین‌تر باید صرف شود. لذا یکی از راه حل‌های پیشنهادی، ارتقا شتاب دهنده بود، که این کار در بین سال‌های 2013 تا 2015 انجام شد. شتاب دهنده اکنون در 6.5 ترا الکترون ولت برای هر پرتو مشغول به کار است. اما رویکرد مکملی نیز برای ارائه راه حل جایگزینی به منظور تجزیه و تحلیل داده‌های موجود وجود دارد. کشف بوزون هیگز یک تحول عظیم در داده‌های شتاب دهنده به شمار می آید و اما مطالعه جدید نشان می‌دهد که با استفاده از اثر دقیق‌تری به نام مداخلات کوانتومی، می‌توان ذرات بیشتری را شناسایی کرد.

لذا، می‌توان گفت که این روش دیگری است که توسط آن ذره می‌تواند خود را نمایان سازد، حتی اگر ردیابی آن برای شتاب دهنده بسیار سنگین باشد. البته ما قطعا به دنبال یک تحول عظیم دراماتیک نیستیم، بلکه این تنها یک تغییر کوچک در شکل ِ داده‌ها خواهد بود. رودرمن و همکارانش بجای اینکه به طور مستقیم ذرات جدید را جستجو کنند، تصور می‌کنند دانشمندان می‌توانند نشانه‌های ذرات جدید را با جست و جوی اثراتی کشف کنند که آنها بر توزیع ذرات توده پایین‌تر، تولید شده توسط شتاب دهنده خواهند داشت. ریزوی تصور می‌کند که این روش جدید از پتانسیل لازم برای کشف ذراتی با جرم‌های تقریبی بین 1 تا 5 ترا الکترون ولت برخوردار می‌باشد.

ریزوی در این خصوص گفت: ذرات سبک‌تر از 1 ترا الکترون ولت می‌توانند به طور مستقیم شناسایی شوند و ذرات سنگین‌تر از 5 ترا الکترون ولت می‌توانند از طریق پدیده‌ای که به عنوان “اختلالات کوانتومی” نامیده می‌شود و با استفاده از چندین مدل موجود، بطور غیرمستقیم شناسایی گردند. سوالی که پیش می آید این است که پس از کشف بوزون هیگز توسط شتاب دهنده، نام مستعاری که توسط بسیاری از فیزیکدانان مورد انتقاد قرار گرفته، چه چیز دیگری باید کشف شود؟ رودمن می‌گوید:« واقعا ایده‌های زیادی برای انواع ذرات جدیدی که می‌توانند وجود داشته باشند مطرح شده است. به عنوان مثال، ذرات جدید ممکن است به توضیح ماده تاریک کمک کنند. اما در حقیقت، این تنها یک بازی اکتشافی است و هنوز هیچ چیز ِ قطعی وجود ندارد.»

ترجمه: سهیلا دوست پژوه/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: insidescience.org