12-28-2008, 12:12 AM
10 سپتامبر 2008، بزرگترین ماشین علمی دست ساخته بشر، چشمان خود را گشود تا به تماشای نخستین لحظات خلقت کیهان بنشیند. شتاب دهنده غول پیکر LHC (ابرتصادم گر هادرونی)، بعنوان بزرگترین آزمایشگاه علمی بشر، ابزار کارآمدی است که به تحقیق پیرامون بنیان های سازنده ماده و ابعاد مجهول کیهان پیرامون ما می پردازد. این آزمایشگاه با شبیه سازی رویدادی مشابه آنچه 7/13 میلیارد سال پیش در هنگام وقوع انفجار بزرگ بعنوان مبدا کیهان، رخداد؛ بدنبال بنیادی ترین ذرات سازنده ماده است. برخورد دهنده های ذرات، با برخورد دادن ذرات بارداری همچون پروتون در میدان های عظیم الکتریکی به سرعت های سرسام آوری نزدیک به سرعت نور، ذرات آزاد شده در جریان برخورد را مورد مطالعه قرار می دهند. پیش از این، برخورد دهنده های تواترون (Tevatron) در آزمایشگاه فرمی و نیز RHIC واقع در ایالت های الیونیس و نیویورک ایالات متحده، رازهای بسیاری را از جهان محصور در ابعاد زیراتمی فاش کرده بودند؛ اما قدرت بسیار بیشتر برخوردها و نیز حسگر های پیشرفته تر LHC، به بشر این امکان را خواهد داد تا کشفیات شایان توجهی را در حوزه فیزیک جدید به انجام برسان
کوچک ترین ذره ای که تاکنون وجود آن به اثبات رسیده است، کوارک نام دارد. در اصطلاح فیزیک، هر ذره ای که از تجمع کوارک ها بوسیله نیروی قوی هسته ای بوجود آید، هادرون نامیده می شود. الکترون ها و پروتون ها نمونه هایی از ذرات هادرونی می باشند. می دانیم که برای مشاهده یک میکروب و یا ساختارهای میکروسکوپی یک برگ به راحتی می توان از یک میکروسکوپ معمولی استفاده کرد که رفتار آن بر اساس عملکرد نور است. طول موج نور معمولی نیز در حدود 10 به توان 6- متر می باشد. بنابراین ذراتی با ابعاد کوچکتر از این را نمی توان با میکروسکوپ معمولی مشاهده کرد. از اینرو میکروسکوپ های الکترونی برای مشاهده مولکول ها و اتم ها بکار می روند که به امواجی با طول موج 10 به توان 9- متر فعالیت می کنند. از یکسو ایجاد امواجی با طول موج های بالاتر نیز مستلزم بکار بردن انرژی بیشتری است. حال مشاهده الکترون ها و کوارک ها که در ابعادی به اندازه 10 به توان 18- و 19- متر هستند، نیازمند میکروسکوپی با توان ایجاد چنین طول موج هایی است که انرژی بسیار زیادی را می طلبد. LHC، با بهره گیری از آهنرباهای ابررسانای فوق العاده عظیم، تشکیل شده از 270 هزار کیلومتر سیم هادی جریان که در دمای 9/272- درجه سانتیگراد کار کرده و میدان مغناطیسی در حدود 100000 برابر میدان مغناطیسی زمین را ایجاد می کنند؛ قادر به انجام چنین کاری است.
در جریان آزمایشات LHC، 2 موج حاوی میلیارد ها پروتون، به 2 تونل خلأ 27 کیلومتری مدوری در 100 متری زیر زمین که آهنرباهای ابررسانا آن را احاطه کرده اند، تزریق می شود. این دو تونل در 4 نقطه همدیگر را قطع می کنند که همان نقاط برخورد دو موج و از هم پاشیدگی پروتون های اندکی است که دقیقا از روبرو بهم برخورد کرده اند. 4 حسگر بسیار مجهز و بزرگ نیز که کانون فعالیت های آزمایشگاه را تشکیل می دهند؛ در این نقاط قرار دارند و به مطالعه ذرات آزاد شده در جریان فروپاشی پروتون ها می پردازند. این حسگر ها، قادر به ردیابی بیش از 600 میلیون برخورد زیراتمی در ثانیه هستند که تنها کسر معدودی از این برخوردها حاوی اطلاعات علمی ارزشمند است
کوچک ترین ذره ای که تاکنون وجود آن به اثبات رسیده است، کوارک نام دارد. در اصطلاح فیزیک، هر ذره ای که از تجمع کوارک ها بوسیله نیروی قوی هسته ای بوجود آید، هادرون نامیده می شود. الکترون ها و پروتون ها نمونه هایی از ذرات هادرونی می باشند. می دانیم که برای مشاهده یک میکروب و یا ساختارهای میکروسکوپی یک برگ به راحتی می توان از یک میکروسکوپ معمولی استفاده کرد که رفتار آن بر اساس عملکرد نور است. طول موج نور معمولی نیز در حدود 10 به توان 6- متر می باشد. بنابراین ذراتی با ابعاد کوچکتر از این را نمی توان با میکروسکوپ معمولی مشاهده کرد. از اینرو میکروسکوپ های الکترونی برای مشاهده مولکول ها و اتم ها بکار می روند که به امواجی با طول موج 10 به توان 9- متر فعالیت می کنند. از یکسو ایجاد امواجی با طول موج های بالاتر نیز مستلزم بکار بردن انرژی بیشتری است. حال مشاهده الکترون ها و کوارک ها که در ابعادی به اندازه 10 به توان 18- و 19- متر هستند، نیازمند میکروسکوپی با توان ایجاد چنین طول موج هایی است که انرژی بسیار زیادی را می طلبد. LHC، با بهره گیری از آهنرباهای ابررسانای فوق العاده عظیم، تشکیل شده از 270 هزار کیلومتر سیم هادی جریان که در دمای 9/272- درجه سانتیگراد کار کرده و میدان مغناطیسی در حدود 100000 برابر میدان مغناطیسی زمین را ایجاد می کنند؛ قادر به انجام چنین کاری است.
در جریان آزمایشات LHC، 2 موج حاوی میلیارد ها پروتون، به 2 تونل خلأ 27 کیلومتری مدوری در 100 متری زیر زمین که آهنرباهای ابررسانا آن را احاطه کرده اند، تزریق می شود. این دو تونل در 4 نقطه همدیگر را قطع می کنند که همان نقاط برخورد دو موج و از هم پاشیدگی پروتون های اندکی است که دقیقا از روبرو بهم برخورد کرده اند. 4 حسگر بسیار مجهز و بزرگ نیز که کانون فعالیت های آزمایشگاه را تشکیل می دهند؛ در این نقاط قرار دارند و به مطالعه ذرات آزاد شده در جریان فروپاشی پروتون ها می پردازند. این حسگر ها، قادر به ردیابی بیش از 600 میلیون برخورد زیراتمی در ثانیه هستند که تنها کسر معدودی از این برخوردها حاوی اطلاعات علمی ارزشمند است