پروژه cern

[Belder]

دوستان عزیز
این تاپیک رو به سفارش جناب owl ایجاد کردم که موضوع بحث اینه:
اگه میتونید کار و اهداف این پروژه رو توضیح بدید؟
حالا به کجا رسیده و به کجا خواهد رسید؟

[Owl]

سلام دوستان عزیز
تاپیک LHC که ایجاد کرده بودم چون هنوز هم مطلبی در اون نبود حذف کردم تا این تاپیک فعال بشه. در همین‌جا من هم توضیحات مقدماتی رو در حدی که از حوصله خارج نشه می‌نویسم. امیدوار تاپیک جذابی باشه چون تا به حال به صورت مجزا درباره‌ی ذرات بنیادی مطلبی مشخص نداشتیم.
و توجه به این نکته لازمه که از طریق ذرات بینادی امروز به دنبال حل کلیدی ترین اسرار کیهان هستیم.

از جایی که چند روز اول سال به شخصه مشکل اینترنت و رایانه دارم، ممکن است تا شنبه در این تاپیک مقدمات رو توضیح ندم.
امروز یک روز قبل از تحویل سال 87 به 88 است و من به سهم خودم در همین بخش سال نو رو به همه ی دوستان عزیزی که از سایت آسمان شب دیدن می‌کنند، تبریک می‌گم و آرزوی موفقیت، بهروزی و سلامتی برای شما و خانواده‌ی محترمتان دارم.

[Owl]

ابتدا از ذرات بنیادی شروع می‌کنم:
ذرات بنیادی شاخه‌ای مهم از فیزیک است بلوک‌های بنیادی عالم رو بررسی می‌کند. یعنی ماده و انرژی، کنش‌های بین آنها. چون اکثر این کنشها در انرژی‌های بالاست، شاخه‌ی کلی ذرات بنیادی، «فیزیک انرژی‌های بالا» نامیده می‌شود. علت این‌است که کنش‌های ذرات بنیادی در انرژی های پایین که ما حس می‌کنیم و اغلب استفاده میکنیم اتفاق نمی‌افتند. تاکنون به این حد از دانش ریسیدیم تا با ساختن شتابدهنده‌ها-برخورد دهنده‌های ذرات بنیادی و آشکار سازهای پرتوهای کیهانی در حیطه‌ی تجربی هم وارد فیزیک انرژی های شویم.
ذرات بنیادی در پایه‌ای ترین دسته بندی خودشون براساس تجزیه ناپذیری و مشخصات کوانتمی‌ از هم جدا می‌شوند. تصویری که می‌بینید یک جدول ساده و پایه‌ایست از ذرات بنیادی.
نکته: ذرات بنیادی مطابق نظریه‌ی میدانهای کوانتمی (نظریه‌ی نسبیت خاص+کوانتم و مکانیک لاگرانژی) به دو دسته‌ی کلی تر هم تقسیم میشن.
1. ذرات مادی بنیادی که دیده هم شدند. غیر از کوارکها یک به طور مستقل دیده نشدند ولی از شواهد غیر مستقیم اونها رو در اتاقک حباب (جایی که نتیجه‌ی برخورد در شتابدهنده‌ها مشخص می‌شود) مشاهده شدند.
2. ذرات حامل: این ذرات درواقع مثل قیدهایی هستند که کنش‌ها و تعادلهای سیستمهای بنیادی رو کنترل می‌کنند. در جدول اونها رو با رنگ آبی می‌بینید. گلئون (نگه‌دارنده‌ی کوارک‌ها)-فوتون-Z و W. بماند که اینها چه نوع عملکردی دارند.

ذرات رنگ بنفش کوارک‌ها هستند. جالبه بدونید که در ذرات بنیادی اون‌قدر ریاضیات قوی در اختیار فیزیکدانان هست که براحتی با محاسبات توانستند کوارک‌ها رو با اصل تقارن و نظریه‌ی گروه پیش‌بینی کنند و البته ذرات دیگر بنیادی که اون ذرات پیدا شدند با همون مشخصات فیزیکی که تعیین شده بود. (نوعی جبر ماتریسی که برای فیزیکدانان ذرات حکم یک عملگر اساسی رو داره در محاسبات).
کوارک‌ها تنها نیستند هیچ وقت!؟ یعنی کسی نمی‌تواند ادعا کند که کوارکی رو به تنهایی دیده. کوارک ها بوسیله‌ی گلئون‌ها کنار هم قرار گرفتند (نیروی هسته‌ای قوی و فیزیک انرژی‌های بالا اینجا بیشتر معنای خودشون رو نشون میده). شتابدهنده‌ها کاری که انجام می‌دهند به هر میزان انرژی‌که در توانشان باشد می‌توانند به داخلی ترین بلوک‌های ذرات نفوذ کنند. LHC تا 7 ترالکترون‌ولت که برای شکافتن پرتون به کار میره (تا کوارک‌ها رو مورد بررسی قرار بدیم) و توضیح میدم بعد که چه انتظارهایی داریم از این شتابدهنده‌ی غول‌پیکر.
علت اینکه کوارک‌ها بهم متصل هستند معلوم نیست. ولی فیزیکدانان انرژی‌های بالا نوسانات کوانتمی انفجار بزرگ را بررسی می‌کنند تا ببینند آیا کوارک‌ها از همان ابتدا به این‌صورت عمل می‌کردند یا خیر؟ انتظار ما از مفاهیمی تا کنون بدست آوردیم در فیزیک ذرات این‌است که باید کوارک تنها هم در چنین انرژی‌هایی وجود داشه باشد. چون فرصتی برای هیچ نوع ترکیبی وجود نداشته. آن‌قدر انرژی بالا بوده که ممکن است حتی بفهمیم ذرات دیگری هم وجود دارند به عنوان بلوک‌های بنیادی و این انتظاری طبیعی است.
به همین علت در خبرها حتماً خوندید که LHC به گونه‌ای شبیه ساز انفجار بزرگ هم هست. ذره‌ی هیگز هم یکی از این ذرات نظری است که باید دید آیا وجود دارد یا نه. این ذره هم از فیزیک نظری ذرات بدست‌ آمده در مدل استاندارد.
جلوتر اینها رو معرفی می‌کنم. بخصوص مدل استاندارد ذرات.
و اما جدول: کوارک‌ها یکی از دسته‌بندی های اصلی این جدول هستند. اما دسته‌ی دیگر لپتون‌ها هستند. دیگر ذرات بنیادی که قابل تجزیه نیستند. تاو-الکترون-میون و سه نوتریونی مربوط به اونها. نوترینو‌ها رو از آشکار سازی ذرات بنیادی در واپاشی‌های پرتوهای کیهانی و شتابدهندهها توانستیم ببینم. و علت اصل بقای انرژی و اندازه‌ی حرکت بود که در فیلم‌عکاسی متوجه حضورش شدند. در این باره هم جداگانه در همین بخش می‌نویسم.
در جدول مشخصات فیزیکی آنها هم آمده. اگر سؤالی در این باره براتون پیش آمد بگید تا توضیحش رو هم بدم. چون در ادامه می‌خوام درباره‌ی ذرات زیر اتمی بنوبسم.

[Belder]

ممنون گزاشتین تاپیک من بمونه و از مطلب فوق العاده ی شما شدیدا سپاسگزارم

[Owl]

باید این کارو انجام می دادم. امیدوارم مطالبی که می‌نویسم قابل استفاده و مفید باشه و اگر نامفهوم بودند توضیح خواهم داد.

[Owl]

ذرات زير اتمي

در ادامه‌ي بحث به ذرات زير اتمي مي‌رسيم: ذرات زير اتمي غير از كوارك‌ها و ذرات كاملا بنيادي هستند. مثل الكترون-نوترون و پروتون. چون اينها به هر حال شامل كوارك‌ها مي‌شوند. در مورد الكترون هنوز آن را بنيادي مي‌دانيم. آزمايشگاه‌هاي برخورددهنده‌ي خطي و نه مدور مثل SLAC در آينده‌اي بسيار نزديك آن‌قدر انرژي دارند تا با برخوردهاي سربه سر باعث شكافته شدن احتمالي الكترون هم بشوند.
شايد واژه‌ي ذره كمي ايجاد شبه كند چرا كه قانون بلامنازع حاكم بر ابعاد ريز مكانيك كوانتمي است. و مي‌دانيم كه يك خاصيت عجيب در طبيعت وجود دارد. دوگانگي موج-ذره!! يعني بر حسب نوع آزمايش گاهي مثلاً الكترون خودش رو به‌صورت موج نشون ميده و گاهي ذره. آزمايش دوشكافي يانگ يك نمونه معروف از اثبات اين قضيه است و اثر تداخلي كه از الكترون ديده شد. و اين يعني موج!!
اين خاصيت موجي در اصطلاح كوانتم با فضاي رياضياتي بنام هيلبرت معرفي ميشه كه فضا رو nبُعدي در نظر مي گيره. البته من تذكر اساسي بدم اين فضا، فضاي رياضياتي مثل مجموعه است و نه فضاي فيزيكي. اين فضاي بي‌نهايت بعدي، بي‌نهايت حالت رو در خودش جاي داده. حالت هم به معناي اون چيزي است كه ما در طيف هم مي‌بينيم. يا در آزمايش‌هايي چون اشترن كرلاخ يا امثال اينها كه فيزيكي ها در فيزيك مدرن يا جلد 4 هاليدي باهاش آشنا ميشن.
اينها رو اگر دوست داشتين و متن كشش داشت در ادامه بعد از معرفي فيزيك ذرات و توضيح مي‌دم، بعد ميريم سراغ شتابدهنده‌ها.
اگر بخواهيم ذرات رو و ديناميك(بررسي حالتهاي فيزيكي و شرايط فيزيكي رو بررسي كنيم) وارد حيطه‌اي بنام نظريه‌هاي ميدان‌هاي كوانتمي ميشيم. و اگر تمام ذرات رو بخواهيم با اين نوع رياضيات و فرماليسم بررسي كنيم به مدل استادارد مي‌رسيم كه نيروهاي مورد بحث در نظريه‌ي ميدان، رو ميشه وحدت داد. و فقط گرانش تا به حال نشده.
در مدل استاندارد 17 ذره بدون احتساب پادذره‌ي اونهااست و البته بايد اونها رو بهم به حساب بياريم:
12 فرميون (ذراتي كه در مكانيك آماري كوانتمي از قانون فرمي تبعيت مي‌كنند و شماره‌ي اسپين اونها عدد صحيحه! باز هم مجبورم بعدا توضيح بدم)+ پادذره‌هاشون.
4 بوزون برداري (اين اسم رياضياتي است به دليل اينكه حالت ما برداريه در رياضيات). و يك پادذره داره كلاً.
1 بوزون اسكالر
و اينها تركيب ميشن و صدهاعنصر و ماده رو بوجود ميارن! تابه حال حدود صدها ذره‌ي زير اتمي كشف شده كه براي خودشون يك جدول دارند شبيه جدول مندليف. جالب اينه كه مدل استاندارد ذرات بسيار با آزمايش‌ها تأييد شده. ولي هنوز ذرات زيادي هستند كه پيش‌بيني شدند و در انرژي هاي بالا ممكنه ظاهر بشن يا ذراتي كه هنوز در فيزيك نظري هم پيش‌بيني نكرديم كه LHC يكي از كارهاي اصليش همينه. فيزيكدانان ذرات بنيادي منتظر يك مدل بزرگتر از استاندارد هستند تا نواقص موجود رو برطرف كنه. يكي از مسائلي ممكنه كمي باعث اجبار تصحيح نظريه بشه جرم نوترينو است. در اين مدل نوتروينو نبايد جرم داشته باشه. ولي داره به تجربه. هرچند كم ولي بايد مدل آنقدر بزرگ باشه كه نظريه‌ها و رفتارهاي طبيعت رو در انرژي‌هاي مختلف فعلاً در حد ابعاد ريز جواب بده تا اينكه به مدلهاي گرانش كوانتمي هم برسيم.
و نكته‌ي آخر اينكه تا كجا اين دنياي كوچك ادامه داره. ريزتر و ريزتر ميشه؟‌ آيا هرقدر انرژي رو بالاتر ببريم به ابعاد ريز تري مي‌رسيم. در فلسفه و فيزيك ذرات بنيادي اصطلاح و نوعي نگرش در اين باره وجود داره به نام كاهش پذيري.Reductionism
و به نظر من نوعي صرفاً به عنوان يك فيزيكي عادي، اين كاهش پذيري فكر نمي‌كنم بي‌انتها باشه. فيزيك طبيعت نشون داده كه محدوده‌ي انرژي وجود داره. حتي اگر از حد كنوني كه دست پيدا كرديم بيش‌تر باشه. چرا؟ چون هر روز داريم باهاش كار ميكنيم.
اينكه اين گفته يا هر نظري در فيزيك تغيير كنه يا عكسش ثابت بشه دليل بر ضعف فيزيك نيست. اين رو اكثرا اشتباها بر ضعف فيزيك مي‌دونن در حالي كه اين بزرگترين نقطه‌ي قوت فيزيكه!

[Owl]

اين بخش چرا فقط با نوشته‌هاي من داره بروز ميشه؟ سؤالي اصلاً‌ براي كسي پيش نيمد و يا فقط راجع LHC بنويسم بهتره؟ يكي دو تا مطلب ديگه بنويسم به اون هم مي‌رسيم.

[jeod]

راستش من درمورد تمام چیزایی که گفتین مطالعه داشتم ولی تنها چیزی روکه علاقه مندم بدونم رابطه ی تئوری cphوcernهست.برایه همین توی این گفتگوها ترجیح میدم بیشتر پستهایه دیگران رو بخونم تاشاید کسی دراین مورد چیزی بگه .تااونجایی که من خونده بودم آخرین پروژه ی دردست بررسی cernهم هین بود که بعدش متوقف شد.گرلطف کنین دراین موردتوضیح بدین ممنون میشم.

[Owl]

چون مي‌دونم اگر شروع كنم دراين باره بدون مقدمه نوشتن، متوجه نخواهيد شد! سرن رو معرفي مي‌كنم ولي به اين صورت كه هدفش چيه! و CPH رو هم همين‌طور!
خودم اگر بخواهم هر توضيحي بدم بايد قبلش مطالعه داشته باشم. انتظار نبايد داشته باشيد كه يكدفعه از شكست تقارن و ذرات پيش‌بيني شده با يك مشخصه‌ي كوانتمي بگم. ولي ظاهراً بايد همين كار رو انجام بدم و مطلب زيادي ساده كنم. باشه ذرات رو نمي‌گم و ميرم سراغ اين موضوعات.