بوزون هیگز

بوزون هیگز (به انگلیسی: Higgs boson) یا سازوکار BEH برگرفته از نامِ پیتر هیگز، معروف به ذرّهٔ خدا، یک ذره بنیادی اولیه دارای جرم است. مشاهده تجربی این ذره باعث شد دانشمندان بتوانند دربارهٔ چگونگی جرم‌دار شدن ماده توسط ذرات بنیادی بدون جرم دیگر، توضیح دهند. به‌طور خاص، بوزون هیگز، 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 یک مؤلفه بسیار مهم در دنیای ماده است.

بوزون هیگز
ذرهذرات بنیادی اولیه
آماربوزون
وضعیتاثبات وجود در سال ۲۰۱۲
نمادH0
نظریه‌پردازیپیتر هیگز در سال ۱۹۶۴ و همزمان یا بعد از آن: رابرت بروت، ف. انگلرت، پ. هیگز، ج.س. گورالنیک، سی آر هیگن، و توماس والتر بنرمن کیبل رابرت بروت، ف. انگلرت، پ. هیگز، ج.س. گورالنیک، سی آر هیگن، و توماس والتر بنرمن کیبل.
کشففیزیکدانان برخورددهنده هادرونی بزرگ
بار الکتریکی۰

در ۴ ژوئیه ۲۰۱۲ سرن (CERN) در سمیناری اعلام کرد، که یک بوزون معادل ۱۲۵ گیگا الکترون ولت در دو اسپکترومتر جداگانه کشف و مشاهده شده‌است.[1]

یک نمودار فاینمن که نحوه تولید 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

نظریه هیگز

براساس نظریه هیگز، کل جهان ما را میدان هیگز فرا گرفته است. برای این‌که تصوری از میدان داشته باشید، میدان آشناتر الکترومغناطیس را در نظر بگیرید. همه شما احتمالاً این آزمایش معروف را یا انجام داده‌اید یا دیده‌اید که یک آهن‌ربا را زیر یک کاغذ می‌گذاریم، روی کاغذ براده‌های آهن می‌ریزیم و می‌بینیم که این براده‌ها در مسیرهای مشخصی که خطوط میدان مغناطیسی هستند، قرار می‌گیرند. در واقع آهن‌ربا یک میدان مغناطیسی دارد که بر موادی که خاصیت فلزی دارند تاثیر می‌گذارد

براساس نظریه هیگز، مهم نیست اطراف یک جرم باشید یا جایی که فکر می‌کنید خلأ است؛ همه جا میدان هیگز وجود دارد. اگر می‌خواهید تصور بهتری از نوع حضور این میدان داشته باشید، یک آکواریوم را تصور کنید که پر از آب است. برای ماهی‌ای که درون این آکواریوم است شاید بقیه فضای آکواریوم خالی به نظر آید، اما می‌دانیم که مملو از ماده‌ای به نام آب است که این آب عمدتاً از ماده‌ای به نام مولکول آب یا H2O تشکیل شده است. میدان هیگز هم به همین ترتیب همه جا را در بر گرفته، ولی به جای مولکول‌های آب از ذره‌ای بنیادی به نام بوزون هیگز تشکیل شده است. این ذره بنیادی جرم مشخصی دارد و نسبتاً ذره سنگینی به شمار می‌رود، اما مهم‌تر از جرم خودش این ویژگی مهم را دارد که با ذرات بنیادی دیگر اطراف خودش واکنش نشان می‌دهد. مثل ذرات براده آهن که در میدان مغناطیسی واکنش نشان می‌دادند و در مسیرهای مشخصی قرار می‌گرفتند هر ذره با این بوزون‌های هیگز در حال واکنش دادن است. آنچه ذره هیگز را مهم می‌کند، این است که بر اساس این نظریه، نوع و قدرت واکنش بوزون‌های هیگز با مواد و ذرات بنیادی اطرافش معلوم می‌کند که آن ذره چقدر جرم داشته باشد. یعنی جرم الکترون به دلیل قدرت واکنش الکترون‌ها با بوزون هیگز است. اگر فوتون تقریباً بدون جرم است به این دلیل است که واکنشش با بوزون‌های هیگز بسیار ضعیف است و در عوض الکترون واکنش قوی‌تری دارد.

از طرف دیگر چون بوزون‌های هیگز همه جای میدان هیگز قرار دارند و همه عالم را پر کرده‌اند (مانند آب درون آکواریوم) پس یک ذره مانند الکترون یا فوتون فارغ از این‌که کجای عالم قرار دارد، به‌طور دائمی در حال واکنش با بوزون هیگز است و در نتیجه جرم ثابتی دارد.[2]

جرم ذرات

به این ترتیب در مدل استاندارد ذرات بنیادی بوزون‌های هیگز می‌توانند توضیح دهند که چرا هر ذره جرم مخصوص به خود را دارد. اما این ذره تا پیش از این، یک ذره نظری بود که هرگز در آزمایشگاه مشاهده نشده و تنها حاصل محاسبات ریاضیاتی بود. این ذرات را تنها می‌توان زمانی آشکار کرد که بتوانیم برخوردهای بزرگی را میان ذرات بنیادی ایجاد کنیم و در شرایط آشوبناک و آزاد شدن انرژی حاصل از برخورد، این شانس را به وجود بیاوریم که این ذره برای مدتی ظاهر شود و آن را آشکار کنیم. یکی از دلایل اصلی و هدف‌های علمی اولیه ساخت شتاب‌دهنده بزرگ‌هادرونی در مرکز تحقیقات سرن نیز تلاش برای آشکار کردن این ذره و تایید وجود آن بود. البته اگر تلاش سرن هم مانند تواترون در آزمایشگاه ملی فرمی به ثمر نمی‌رسید و بوزون هیگز پیدا نمی‌شد هم اتفاق مهمی در دنیای فیزیک محسوب می‌شد، چراکه صورت دانشمندان باید سراغ نظریات پیچیده تری برای توجیه جرم مواد بروند که به نام نظریات فارغ از هیگز معروف هستند. [3]

نزدیک شدن به پایان کار بوزون هیگز

اطلاعات تازه از بزرگ‌ترین برخورد دهنده‌های ذرات در جهان یعنی سرن و تواترون نشان می‌دهد بوزون هیگز به زودی در دسترس خواهد بود. پیش از این خبرهای زیادی در مورد کشف این ذره به گوش رسیده بود. هر دو شتاب‌دهنده در محل برخورد ذرات، انرژی زیادی کشف کرده‌اند که نشانه‌ای از ظهور این ذره است. در ۱۳ دسامبر ۲۰۱۱ مسئولان پروژه‌های اطلس و سی‌ام‌اس در کنفرانسی خبری در سرن گفتند که در این آزمایش‌ها ذراتی دیده‌اند که معادل ۱۲۵ تا ۱۲۷ گیگاالکترون‌ولت، (۱۲۷۷۸۵۰۰۰۰۰۰ الکترون ولت) جرم داشته‌اند. با این حال گفته شده‌است که از نظر آماری، اطمینان کمی نسبت به این یافته و جرمی که سنجیده شده‌است وجود دارد و پژوهشگران برای آن که رسماً مدعی این اکتشاف شوند، باید به آزمایش و تحلیل‌های بیشتری دست بزنند.[4]

در تاریخ چهارم ژوئیه ۲۰۱۲ دانشمندان مرکز تحقیقات سرن در سوئیس اعلام کردند که در آزمایش‌های خود ذره «بوزون هیگز» را مشاهده کرده‌اند.[5][6][7]

ذرّهٔ خدا

پس از نوشته شدن کتابی بنام «ذرّهٔ خدا اگر پاسخ کائنات است، سؤال چیست؟» توسط لیان لدرمن که در آن این ذره را «ذرّهٔ خدا» نامید، اغلب در رسانه‌ها از بوزون هیگز به عنوان «ذره خدا» یا «ذره الهی» یاد می‌شود. لیان لدرمن به مزاح اما به صراحت در صفحه ۲۲ کتابش نوشته‌است که تصمیم داشته ذره‌ای که اثبات وجودش آن همه هزینه برده و دانشمندان را دهه‌ها سال به زحمت انداخته‌است را "goddamn"؛ (ذرّهٔ لعنتی، یا ذرّهٔ از سوی خدا لعنت شده)، نام دهد اما به سبب اینکه ناشر از چاپ این نام سر باز می‌زده damn آخر آن را حذف کرده و اینگونه شد که ذرّهٔ خدا نام گرفت که البته با مخالفت زیادی از سوی کاشفان این ذره پیتر هیگز و فرانسوا انگلر مواجه شد.

اعلام رسمی کشف بوزون هیگز

در ۱۴ مارس ۲۰۱۳ (۲۴ اسفند ۹۱) فیزیکدانان برخورددهنده هادرونی بزرگ (به انگلیسی:large hadron collider) مرکز سرن خبر کشف ذره بوزون هیگز را به‌طور رسمی اعلام کردند. پس از دو مشاهده برخورد و شناسایی اولیه بوزون هیگز در برخورد دهنده CMS و اطلس در ماه‌های گذشته حال با تأیید شناسایی این ذره، فیزیک ذرات مدل استاندارد تکمیل شده‌است.

مشارکت ایران
نوشتار اصلی: مشارکت ایران در سرن

دانشجویانی از پژوهشگاه دانشهای بنیادی طی سه مرحله به مرکز تحقیقات هسته ای اروپا (سرن) اعزام شده و در داده‌گیری و تحلیل داده‌های شتابگر بزرگ هادرونی مشارکت داشته‌اند.[8][9]

جستارهای وابسته

پیوند به بیرون

منابع

کشف بوزون هیگز.[10]

  1. سرن ـ ارتباط عمومی
  2. بوزون هیگز
  3. بوزون هیگز
  4. فارسی - دانش و فن - 'ذره خدا' احتمالاً در آزمایش‌های فیزیکی پدیدار شده‌است
  5. Biever, C. (6 July 2012). "It's a boson! But we need to know if it's the Higgs". New Scientist. Retrieved 2013-01-09. 'As a layman, I would say, I think we have it,' said Rolf-Dieter Heuer, director general of CERN at Wednesday's seminar announcing the results of the search for the Higgs boson. But when pressed by journalists afterwards on what exactly 'it' was, things got more complicated. 'We have discovered a boson – now we have to find out what boson it is'
    Q: 'If we don't know the new particle is a Higgs, what do we know about it?' We know it is some kind of boson, says Vivek Sharma of CMS [...]
    Q: 'are the CERN scientists just being too cautious? What would be enough evidence to call it a Higgs boson?' As there could be many different kinds of Higgs bosons, there's no straight answer.
    [emphasis in original]
  6. Siegfried, T. (20 July 2012). "Higgs Hysteria". Science News. Retrieved 2012-12-09. In terms usually reserved for athletic achievements, news reports described the finding as a monumental milestone in the history of science.
  7. Del Rosso, A. (19 November 2012). "Higgs: The beginning of the exploration". CERN. Retrieved 2013-01-09. Even in the most specialized circles, the new particle discovered in July is not yet being called the “Higgs boson". Physicists still hesitate to call it that before they have determined that its properties fit with those the Higgs theory predicts the Higgs boson has.
  8. «حضور دانشجویان ایرانی در سرن» (PDF). بایگانی‌شده از اصلی (PDF) در ۳ مه ۲۰۱۹. دریافت‌شده در ۳ مه ۲۰۱۹.
  9. سِرن با ایرانی‌های نخبه ارتباط دارد
  10. کشف بوزون هیگز،
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.