مدرکی جدید برای توضیح معمای هستی

مدرکی جدید برای توضیح 
معمای هستی


نظریات فیزیک بیان می‌دارند که مقدار ماده و پادماده در جهان باید برابر باشد، این درحالی است که می‌دانیم در دنیای ما خبری از پادماده نیست. فیزیک‌دانان فرمی‌لب حدس می‌زنند پاسخ این معما را یافته‌اند.

سالیان سال است که دانشمندان به دنبال کشف معمای هستی هستند. اخیرا فیزیک‌دانان آزمایشگاه ملی شتابدهنده فرمی در ایالات متحده توانسته‌اند مدارکی جدید کشف کنند که شاید بتواند در حل یکی از بزرگ‌ترین معماهای گیتی کمک کند، این‌که چرا جهان به جای پادماده از ماده تشکیل شده است؟ اگر این مدرک تایید شود، می‌تواند توضیحی منطقی برای این سئوال دیرینه ارایه کند.

بد نیست بدانید که در یک دنیای کاملا متقارن ریاضی، ما اصلا نباید وجود داشته باشیم. طبق قوانین نسبیت انیشتن و مکانیک کوانتومی، وقتی انفجار بزرگ در حدود 14 میلیارد سال پیش رخ داد، مقادیر مساوی از ماده و پادماده تولید شده که بلافاصله می‌بایست همدیگر را خنثی می‌کرده‌اند؛ اما امروز ما وجود داریم و می‌دانیم که ستارگان و کهکشان‌های بسیار زیاد دیگری هم وجود دارند که همگی از ماده تشکیل شده‌اند. به همین دلیل فیزیک‌دان‌ها و خیلی‌های دیگر به‌شدت دوست دارند بدانند که چرا ما وجود داریم و چه بلایی سر آن‌همه پادماده آمده است؟

به گزارش نیویورک‌تایمز، فیزیک‌دانان آزمایشگاه فرمی که تا سال گذشته قوی‌ترین شتاب‌دهنده ذرات در دنیا را در اختیار داشتند، با هدف دست‌یابی به پاسخی برای این سئوال، گروهی را به نام دی‌زیرو (DZero) تشکیل دادند و با بررسی اطلاعات حاصل از برخورد پروتون‌ها و پادپروتون‌ها دریافتند که در گوی‌های آتشین برجامانده از برخورد، به جای تولید تعداد مساوی زوج ذره میون و پادمیون، میون‌ها اندکی بیشتر از پادمیون‌ها تولید می‌شوند که موجب می‌شود دنیای مینیاتوری درون شتاب‌دهنده از حالت خنثی به این سمت برود که یک درصد ماده بیشتر به جای پادماده داشته باشد.

به گفته گنادی بوریسوف، عضو این تیم تحقیقاتی از دانشگاه لانکستر انگلیس، چنین نتیجه‌ای می‌تواند اطلاعات مهمی برای این موضوع باشد که چرا در دنیای ما ماده بر پادماده غالب است. ما حدس می‌زنیم که اتفاق مشابهی در نخستین آتوثانیه‌های پس از مهبانگ (اگر یک ثانیه را به هزار میلیارد قسمت تقسیم کنیم، هر یک از آن‌ها معادل یک آتوثانیه خواهد بود) روی داده باشد.

اولین کسی که راجع به غلبه ماده بر پادماده در ابتدای جهان استدلال کرد، یک فیزیکدان روس به نام اندری ساخاروف بود. او گفت که تفاوت بسیار کمی در خصوصیات ذرات و پادذرات وجود دارد که وقتی بارها و چرخش ذرات معکوس می‌شود، باعث رفتار اندک متفاوت آن‌ها خواهد شد. سال‌ها بعد فیزیک‌دانان دیگری هم توانستند مثالهایی برای این موضوع در واکنش‌های بین ذرات درون اتمی پیدا کنند، اما این مثال‌ها هنوز هم برای توضیح وجود ما کافی نبود.

دکتر گوستاو بروجمانز، یکی دیگر از اعضای تیم دی‌زیرو، راجع به اثر جدید گفته است که این اثر به رفتار بسیار عجیب ذراتی تحت عنوان "مزون‌های ب خنثی" بستگی دارد. به گفته وی این ذرات هزاران میلیارد بار در ثانیه بین حالت عادی خود و حالت پادماده در نوسان هستند. اما به نظر می‌رسد مزون‌هایی که در برخورد پروتون-پادپروتون تولید می‌شوند، کمی سریع‌تر از دیگر حالت‌ها از حالت پادماده به ماده منتقل می‌شوند و همین امر به برتری یک درصدی ماده بر پادماده منجر می‌شود.

دکتر بروجمانز در ادامه افزود که حتی اگر این یافته بتواند توضیحی کافی برای وجود ما باشد، هنوز هم یک سئوال بی‌پاسخ دیگر باقی است: «دلیل این رفتار اسرارآمیز مزون‌های ب چیست؟ شاید بهترین توضیح این باشد که برخی از ذرات جدید و یا برخی از انواع جدید از تعاملات بین ذرات در مدل استاندارد پیش‌بینی نشده‌اند».

چیزی که مسلم است تا این یافته توسط آزمایش‌های بعدی تایید نشده، باید صبر و حوصله به خرج داد. شاید ال.اچ.سی ، بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده جهان که در سرن مشغول به فعالیت است، بتواند نشانه‌های دقیق‌تری از این رویداد برای ما پیدا کند.

منبع

بوزون هیگز

بوزون هیگز 

 

بوزون هیگز

ترکیب:

ذرات بنیادی اولیه

خانواده:

بوزون

وضعیت:

تئوری

استدلال:

۱۹۶۴

اسپین:

0

 

بوزون هیگز (به انگلیسی: Higgs boson) یا سازوکار BEH، یک ذره بنیادی اولیه فرضی دارای جرم است که وجود آن توسط مدل استاندارد فیزیک ذرات پیش‌بینی شده است. این بوزون، تنها ذرهٔ مدل استاندارد است که هنوز به صورت تجربی مشاهده نشده است. مشاهده تجربی این ذره ممکن است بتواند درباره چگونگی جرم‌دار شدن ماده توسط ذرات بنیادی بدون جرم دیگر، توضیح دهد. به طور خاص، بوزون هیگز، احتمالاً می‌تواند دلایلی برای تفاوت‌های بین فوتون که بدون جرم است و بوزون‌های W و Z که نسبتاً پرجرم هستند، ارائه کند. جرم ذرات بنیادی، تفاوت‌های بین الکترومغناطیس (که توسط فوتون‌ها ایجاد می‌شود) و نیروی هسته‌ای ضعیف (که توسط بوزون‌های W و Z ایجاد می‌شود) در ساختار میکروسکوپیک (و به‌طبع ماکروسکوپیک) ماده مؤثر هستند؛ بنابراین، بوزون هیگز -در صورت وجود- یک مؤلفه بسیار مهم در دنیای ماده است.

تا کنون، هیچ آزمایشی بوزون هیگز را تشخیص نداده است؛ برخورددهنده بزرگ هادرون (LHC) در سرن (CERN) که در ۱۰ سپتامبر ۲۰۰۸ راه‌اندازی شد، قرار است شواهد تجربی کافی برای وجود یا عدم وجود این ذره ارائه کند.

یک نمودار فاینمن که نحوه تولید احتمالی هیگز را در LHC نمایش می‌دهد: دو گلئون به زوج کوارک سر-پاد سر وامی پاشند، سپس دو زوج مخالف از اینها تشکیل یک ذره هیگز خنثی را می‌دهند. 

 

                                                                                         منبع: دانشنامه آزاد

رکوردشکنی در سرن و آغاز عصری نوین در فیزیک

 

دانش  - پس از سال‌ها انتظار، رویای فیزیک‌دانان به حقیقت پیوست و نخستین ذرات با انرژی 7 ترا الکترون‌ولت در شتاب‌دهنده ال.اچ.سی به یکدیگر برخورد کردند. با این انرژی می‌توان ریزترین ساختارهای عالم را آشکار کرد.

تصور کنید می‌خواهید دو سوزن را از دو طرف اقیانوس اطلس با سرعت به سوی یکدیگر شلیک کنید؛ طوری‌که دقیقا در وسط اقیانوس به یکدیگر برخورد کنند. مهندسان آزمایشگاه هسته‌ای اروپا، سرن، در ساعت 15:36 روز سه‌شنبه 10 فروردین / 11:06 سی‌ام مارس به وقت جهانی،  کاری به همین دشواری را تجربه کردند و با شتاب دادن دو باریکه از هسته‌های هیدروژن و رساندن انرژی آن‌ها به 3.5 هزار میلیارد الکترون‌ولت، آن‌ها را به هم کوباندند.

منبع:khabaronline.ir

گربه شرودینگر پیدا شد

گربه شرودینگر پیدا شد 

                          

دانش  - نزدیک به یک قرن پس از مطرح شدن ایده‌های اولیه مکانیک کوانتومی و مشاهده غیرمستقیم پیش‌بینی‌های آن، پژوهشگران موفق شده‌اند برای نخستین بار، نخستین تاثیرات کوانتومی را در یک جسم مرئی ایجاد کنند.

محمود حاج‌زمان: مطمئنا شما مطالب زیادی درباره گربه شرودینگر خوانده‌اید، گربه‌ای که در آن واحد می‌تواند هم زنده و هم مرده باشد. اما آیا گربه شرودینگر در واقعیت نیز وجود دارد؟ جواب مثبت است، حداقل فیزیکدانان که چنین ادعایی می‌کنند.

به گزارش نیوساینتیست، آرون اوکانل و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا در سانتاباربارا، آزمایشی را ترتیب داده‌اند که طی آن، یک نوار فلزی کوچک مرتعش می‌تواند در آن واحد هم نوسان کند و هم نوسان نکند! این نوار تنها 60 میکرومتر طول دارد، اما به اندازه کافی بزرگ است تا از درون میکروسکوپ دیده شود. افسوس که شما نمی‌توانید آن‌چه را در عمل رخ می‌دهد، ببینید؛ زیرا خود عمل مشاهده، نوار را از حالت سوپرپوزیشن (برهم‌نهی) خارج می‌کند!

اوکانل می‌گوید: «ما درباره خواص مرموز کوانتومی صحبت می‌کنیم، چیزهایی که در یک لحظه می‌توانند در دو مکان مختلف باشند. اما تمام اینها در اندازه اتم‌ها و مولکول‌ها است.» 

پلی بین دنیاها 

                                   


ثبات این‌که تمام اجسام، صرف‌نظر از اندازه‌شان از قوانین واحدی پیروی می‌کنند، هدف نهایی فیزیک‌دانان است. با این وجود، در مکانیک کوانتومی این‌طور نیست. هر چقدر که یک جسم بزرگ‌تر باشد، وضعیت کوانتومی شکننده آن راحت‌تر توسط تاثیرات مختل‌کننده دنیای پیرامون آن نابود می‌شود. آزمایشات اوکانل به کنترل دقیقی نیاز دارد و در درجه حرارتی معادل 25هزارم درجه بالای صفر کلوین انجام می‌شود. این شرایط برای اندازه‌گیری وضعیت نوار، در چند نانو ثانیه قبل از شکسته شدن آن به‌واسطه تاثیرات مختل‌کننده خارجی ضروری است.

مارکوس آسپل‌مایر از دانشگاه وین در این رابطه می‌گوید: «این آزمایش یک حالت مرزی دارد، اما برای مشاهده ردپای کوانتوم کافی است.»

نکته کلیدی آزمایش، اتصال نوار مرتعش به یک کیوبیت ابررسانا است؛ یک مدار الکتریکی کوچک که به راحتی در یک برهم‌نهی کوانتومی با دو وضعیت انرژی تولید می‌شود. به گفته اوکانل، کیوبیت به صورت یک پل بین دنیای میکروسکوپی و ماکروسکوپی عمل می‌کند. با تنظیم فرکانس کیوبیت بین دو وضعیت مختلف آن و هماهنگ‌سازی آن با فرکانس تشدید نوار فلزی، وضعیت کوانتومی کیوبیت می‌تواند به‌طور دلخواه به تشدیدگر منتقل شود.

اندازه‌گیری‌ها نشان داد که تشدیدگر گاهی در حالت پایه غیرنوسانی و گاهی در حالت برانگیخته نوسانی قرار دارد. طبق اندازه‌گیری‌ها، تعداد دفعاتی که تشدیدگر در هر کدام از این وضعیت‌ها قرار داشت، از قوانین احتمالی مکانیک کوانتوم پیروی می‌کرد. 

قدم بعدی، گربه شرودینگر 

                             

وکانل می‌گوید: «این وضعیت مانند سر و کار داشتن با یک تاب بچه است که عقب و جلو می‌رود. ما فقط تاب را هل دادیم.»

خالد کارای از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلان مونیخ می‌گوید: «آزمایش اوکانل این یک کار پرچالش و خلاقانه است. اگر نتایج به‌دست آمده درست باشد، یک پیشرفت عظیم محسوب می‌شود.»

بعید است که گربه شرودینگر بتواند سرمای منجمد کننده چنین آزمایش‌هایی را تحمل کند. بنابراین این گربه هدف بعدی فیزیک‌دانان نخواهد بود. اما اکنون تاثیر شبح‌وار فیزیک کوانتوم بر اجسام قابل رویت اثبات شده است. در حال حاضر سوال این است که آیا ما می‌توانیم که در آینده نزدیک، جسمی به بزرگی یک تاب بچه را در یک وضعیت نامعین کوانتومی قرار دهیم؟ جواب اوکانل به این سوال مثبت است. وی می‌گوید: «به نظر من به زودی و طی 20 سال آینده این کار انجام خواهد شد.» 

www.khabaronline.ir



کوارک سر

کشف کوارک سر 

  

  

کوارک سر

ترکیب:

ذرات بنیادی اولیه

خانواده:

فرمیون

گروه:

کوارک

رده:

سوم

کشف شده:

۱۹۹۵

نماد:

t

جرم:

174.2±3.3 GeV/c2

ذرات حاصل از واپاشی:

بوزون w وکوارک ته

بار الکتریکی:

+2/3 e

اسپین:

½

 

کوارک سر از آنجایی که اسپینش یک دوم است جزء فرمیون‌ها محسوب می‌گردد. و در سال ۱۹۹۵ کشف گردید جرمش ۳.۳ گیگا الکترون ولت است و بار الکتریکی اش دو سوم بار الکترون محسوب می‌گردد.

کوارک سر، ششمین و به احتمال قریب به یقین آخرین کوارک است. کوارک ها همراه با لپتون ها (الکترون و هم خانواده هایش) واحدهاى سازنده ماده هستند.  

در اوایل دهه ،۱۹۸۰ در سرن (آزمایشگاه اروپایى فیزیک ذرات در ژنو) جریانى از پروتون ها و پادپروتون ها در انرژى ۳۱۵Gev  با هم برخورد کردند و دو ذره جدید را به نام هاى W و Z  خلق کردند. کوارک ها و لپتون ها ساختار داخلى ماده را تشکیل مى دهند، اما ذراتى مانند W و Z  نیروهاى بین ذرات را منتقل مى کنند. این دو ذره نیروى ضعیف را انتقال مى دهند که عامل برخى واپاشى هاى رادیواکتیو است. کشف این ذرات اعتبار مدل استاندارد ذرات را بیشتر کرد، چرا که جرم این دو ذره را به دقت پیش بینى کرده بود. همه انتظار داشتند که سرن به زودى کوارک سر را نیز کشف کند. دهه ۱۹۸۰ به پایان رسید و کوارک سر خود را نشان نداد، اما دانشمندان توانستند بفهمند که جرم این ذره کمتر از ۷۷ GeV  نیست!
سرن به حد بالاى انرژى خود رسیده  بود. باریکه ذرات این شتاب دهنده نمى توانست کوارک هاى سنگین تر از ۷۷
GeV  را تولید کند؛ در نتیجه رقابت به آزمایشگاه ملى فرمى محدود شد، آن هم بین CDF  و یک آزمایش جدید در حلقه شتاب دهنده که به دلیل موقعیتش در مسیر شتاب دهنده، D0  (دى صفر) نام گرفت.
دانشمندان هر دو گروه CDF و D0  در طول یک دهه ابزارهاى پیچیده و غول آسایى را ساخته بودند که هریک از آنها داراى صدهاهزار مدار الکترونیکى بود و همه آنها تنها براى یک هدف طراحى شده بودند: یافتن ردپاى کوارک سر. آشکارساز CDF  این توانایى را دارد که مسیر هر ذره اى را در میدان مغناطیسى به دقت مشخص کند و از این راه تکانه آن ذرات را تعیین کند؛ اما دستگاه D0  به یک گرماسنج بسیار حساس و دقیق مجهز است که مى تواند انرژى هر برخورد را اندازه گیرى کند. در صورتى که کوارک و پادکوارک سر خلق شوند، تقریباً در همان لحظه واپاشى مى کنند. این ذره برخلاف کوارک هاى بالا و پایین که ذرات پایدارى هستند، بسیار ناپایدارند و نیمه عمرشان تنها 10 -24  ثانیه است، یعنى پس از این مدت نیمى از کوارک ها و پادکوارک هاى سر واپاشیده مى شوند و به ذرات دیگرى تبدیل مى شوند. مدل استاندارد پیش بینى مى کند اگر کوارک سر به اندازه کافى سنگین باشد، تقریباً همیشه به یک ذره W  و یک کوارک ته واپاشیده مى شود. بنابراین اگر یک زوج کوارک و پادکوارک سر تشکیل شوند، باید دو ذره  یک کوارک ته و یک پادکوارک ته تولید کنند.
متاسفانه نمى توان هیچ یک از ذرات
 W  و کوارک ته را مستقیماً دید.  وقتى کوارکى در یک برخورد آزاد مى شود، ابرى از دیگر کوارک ها و پادکوارک ها آن را مى پوشانند و نمى گذارند برهنه بماند. آنچه دیده مى شود، یک جت است، باریکه اى  جهت دار از ذرات که در همان مسیر کوارک اولیه حرکت مى کند
  

آزمایشگاه فرمى در آگوست ۱۹۹۲ (مردادماه ۱۳۷۱ ) شکار کوارک سر را مجدداً آغاز کرد. در آن ماه دانشمندان حد پایین جرم این ذره را ۹۱ GeV  تعیین کردند. این گام بزرگى بود. ذره W   برهمکنش هایى را بین کوارک هاى هم نسل ایجاد مى کند و خوشبختانه کوارک هاى سر و ته هم جزء آن نسل هستند. اگر کوارک سر به اندازه کافى سبک مى بود (یعنى سبک تر از ۷۵ GeV)  ذره W  مى توانست در واپاشى خود، این ذره را به همراه یک پادکوارک ته تولید کند. اما با رسیدن به حد ۹۱ GeV  مشخص شد تنها راهى که مى توان کوارک سر را پیدا کرد، خلق یک زوج کوارک-پادکوارک سر است.

   یکى از جذاب ترین رویدادهاى خلق یک کوارک سر، جت هایى از ذرات است که کوارک هاى ته آنها را به وجود مى آورند. 

 دانشمندان امیدوار بودند با یافتن ردپاى ذرات جت و امتداد دادن مسیرشان بتوانند نقطه آغاز واپاشى را بیابند و کوارک ته موجود در جت را شناسایى کنند 

از میان هزاران میلیارد برخورد پرانرژى روى داده در CDF،  تنها ۱۲ رویداد ثبت شده بود که از شرایط مناسب براى نامزدى خلق جفت کوارک-پادکوارک سر برخوردار بودند. مشکل اینجا بود که انبوهى از فرآیندهاى فیزیکى دیگر وجود داشت که مى توانست همین نشانه ها را تولید کند و فیزیکدانان مى بایست از کشف خود مطمئن مى شدند. پس از ماه ها تلاش آنها توانستند تخمین بزنند حدود ۷/۵ رویداد زمینه نیز همین علایم را تولید مى کنند. احتمال این که فقط رویدادهاى زمینه عامل این ۱۲ رویداد انتخابى باشند ۱به۴۰۰ بود. بنابراین هنوز این احتمال وجود داشت که هیچ کوارک سرى به دام نیفتاده  باشد   

  

چند سالى است آزمایشگاه ملى فرمى در حال نوسازى و ارتقاى تجهیزات آزمایشگاهى خود است. با بهسازى شتاب دهنده، آهنگ تولید کوارک هاى سر به بیست برابر قبل افزایش خواهد یافت و با ارتقاى تجهیزات آشکارساز، بازده شناسایى کوارک هاى سر نیز بهبود خواهد یافت. بدین ترتیب هر دو گروه CDF و D0  خواهند توانست این ذرات را سى بار سریع تر از قبل شناسایى کنند و بهتر بتوانند خواص این ذره را بررسى کنند.   

مرجع:دانشنامه شرق