برای کسانی که آگاهی چندانی از دانش فیزیک ندارند، اخباری که در مورد ذره کوب بزرگ سرن ( بزرگترین ماشین ساخت انسان ) می شنوند، ممکن است معما گونه و مانند یک پازل بزرگ، بی سرو ته به نظر برسد. پس بهتر است حتی علی رغم زمان قابل توجهی که از ساخت و آغاز به کار آن گذشته، کمی ساده تر در مورد آن صحبت شود.

برخورد دهنده ذرات (ذره کوب) بالاخره بعد از چند ده ماه آزمون و خطا و خبرسازی های رسانه ای، بالاخره اواخر مارس امسال ذرات زیر اتمی را با هم برخورد داد و آنها را به بخش های مجزا تقسیم کرد. جالب اینکه حتی ایران هم در ساخت برخی قطعات آن سهیم بوده و هم اکنون تعدادی از محققان و دانشجویان برخی دانشگاه های ایران هم در این مرکز مشغول فعالیت هستند.

راستی، چرا این قضیه اینقدر اهمیت دارد که تمام جهان را درگیر خود کرده؟ برای دانستن این موضوع به کمی دانش فیزیک نوین نیاز داریم که با هم به مرور اصول اولیه آن می پردازیم. این اطلاعات نه تنها ما را در درک بهتر اخبار و مقالات مرتبط با ذره کوب یاری می رساند، بلکه دانستنی های خوبی هم در اختیارمان می گذارد تا در میمهانی بعدی خانواده خودی نشان دهیم!

خب، اگر شما هم به این داستان علاقه دارید، در ادامه مطلب همراه ما باشید.

اجازه دهید از پایه شروع کنیم: کار یک دانشمند فیزیک ذره چیست؟
تنها کاری که دانشمندان فیزیک ذره انجام می دهند، این است که چیزهای مختلف را به هم می کوبند، آنگاه به تماشا می نشینند که آنها چگونه می چرخند و به هم می ریزند. فقط نکته ظریف ماجرا در این است که دانشمندان این کار را با چیزهای خیلی کوچک در حد اتم و ذرات درون اتم انجام می دهند!

اینکه می گویند ذره کوب به دانشمندان اجازه می دهد تا به بیگ بنگ (مه بانگ، انفجار بزرگ نخستین که باعث تولد دنیا شده است) برگردند، به چه معنی است؟ یعنی ذره کوب یک ماشین زمان است؟
دانشمندان هنوز به قوانین فیزیکی که می گویند تکامل دنیا نتیجه سرد شدن ماده از میلیاردها درجه در لحظه مه بانگ به سرمای شدید امروزی است، شک دارند و در پی راستی آزمایی آنها هستند. همان کاهش دمایی که آب را از بخار به مایع و سپس یخ تبدیل کرد. و البته این دنیای سرمازده، مساله را برای فیزیکدانان شکاک پیچیده تر و بغرنج تر کرده است.
با برخورد دادن ذرات بنیادی زیر اتمی (به خصوص پروتون) فیزیکدانها گلوله های انفجاری کوچکی ایجاد می کنند. به این صورت می توانند اتفاقات رخ داده در شروع دنیا را شبیه سازی کنند و ببینند که واقعا چه چیزی می توانسته رخ دهد. چیزی شبیه کاری که دانشمندان ژوراسیک پارک انجام دادند و به دایناسورها تجسم دوباره دادند، فقط با چند میلیون سال تفاوت زمانی!

ذره کوب، که در بیرون شهر ژنو راه اندازی شده، بیش از ۲۷ کیلومتر طول دارد. چرا این ماشین آن قدر بزرگ ساخته شده است؟
اینیشتن به ما آموخت که ماده و انرژی هم ارزند. پس هر چه میزان انرژی بیشتری در یک گلوله انفجاری تجمع کند، انفجار بسیار بزرگتری به وقوع می پیوندد. ذره کوب سرن هم به اندازه ای بزرگ و قدرتمند ساخته شده است که مقدار مهیبی از انرژی را درون یک پروتون جاسازی کند.
علاوه بر این، ذرات بنیادی هر چه سریعتر حرکت کنند، مجبور کردن آنها به حرکت در یک مسیر دوار مشکل تر می شود و با انحراف در جهت های مختلف با یکدیگر برخورد می کنند. ذره کوب به گونه ای طراحی شده که پروتون ها دائما در وسط یک میدان مغناطیسی بسیار بسیار قوی قرار دارند. این میدان مغناطیسی توسط آهنرباهای الکتریکی به بزرگی تنه درخت ماموت ایجاد می شود. این میدان مغناطیسی باعث می شود که پروتون ها در یک مسیر دوار به حرکت خود ادامه دهند و در نهایت با هم برخورد کنند. علی رغم اینکه آهنرباهای الکتریکی مورد استفاده در ذره کوب، قوی ترین الکترومگنت هایی هستند که تا به حال تولید شده، باز هم برای تغییر دادن مسیر حرکت پروتون، حداقل به یک مسافت ۳.۲ کیلومتری نیاز دارند.
با توجه به همه این موارد، شتاب دهنده بزرگتر یعنی برخورد بزرگتر و شانس بهتر برای دیدن آنچه که در ابتدای هستی اتفاق افتاده است.

فیزیکدان ها امیدوارند که چه چیزی ببینند؟
بر اساس برخی تئوری ها، تمام موارد موجود در لیست نادیده ها - ذراتی مانند گلوینوها، فوتینوها، اسکوارکها و وینوها - قرار است دیده شوند. زیرا تا به حال انرژی لازم برای ایجاد یک برخورد به اندازه کافی بزرگ را نداشته ایم! هر یک از این ذرات (در صورت وجود) می توانند تشکیل دهنده ابرهایی از ماده تاریک باشند. چیزی که به گفته اخترشناسان با نیروی جاذبه اش کهکشان ها و دیگر ساختارهای کیهانی را در کنار یکدیگر نگه داشته است.
یکی دیگر از حلقه های گم شده فیزیک، ذره بنیادیی است که با نام Higgs boson یا خدا ذره شناخته می شود. پیتر هیگز از دانشگاه ادینبورگ را به عنوان کاشف این ذره که احتمالا تمامی ذرات دیگر را در بر گرفته است، می شناسند.

آیا دانشمندان تا به حال ماده تاریک را دیده اند؟
ما با یک ماده نامرئی طرف هستیم. اما ستاره شناس ها با استفاده از اندازه گیری حرکت های کهکشانی که بخش قابل دیدن کیهان هستند، به این استنباط رسیده اند که ابرهای بسیار بزرگی از ماده تیره کیهان را در میان گرفته اند.

آیا فیزیکدان ها بالاخره گلوینو، فوتینو، اسکوارک و وینو را می بینند؟
هیچ تضمینی وجود ندارد که این ذرات با این تمهیدات هم کشف شود. این همان چیزی است که دانش را به همان اندازه که جذاب و سرگرم کننده است، اعصاب خردکن می سازد.

خب، برای تولید این گوی های انفجاری و وقوع چنین انفجار مهیبی، چقدر انرژی نیاز داریم؟
میزان انرژی که در حال حاظر توسط ذره کوب بزرگ به یک پروتون داده می شود، حدود ۳.۵ تریلیارد الکترون ولت است. یعنی کمی بیشتر از انرژی که یک کک برای بالا پریدن صرف می کند. شاید به نظرتان اصلا چیز زیادی نباشد. اما برای یک پروتون کوچک این مقدار، انرژی بسیار زیادی است. برای مقایسه می توان گفت، اگر یک انسان ۹۰ کیلویی این انرژی را داشته باشد، می تواند تقریبا ۳۱۷۰۰۰ کیلوگرم بار را جابجا کند!

الکترون ولت چیست؟
به زبان ساده، الکترون ولت میزان انرژی است که یک الکترون نیاز دارد تا بتواند از قطب منفی باطری یک ولتی به قطب مثبت آن برود. این مقدار به عنوان واحد پایه انرژی شناخته می شود.

هنگام برخورد پروتون ها، صدای مهیبی تولید می شود؟
هیچ صدایی تولید نمی شود! این اتفاق اصلا شباهتی به انفجار بمب ندارد.

در آزمایش های قبلی، واقعا انفجاری اتفاق افتاده است.
در جریان اولین آزمایش برخورد دهنده سرن در سپتامبر ۲۰۰۸، ارتباط الکتریکی بین دوتا از آهنرباهای عظیم الجثه ذره کوب بخار شد. درون این دستگاه عظیم هزاران ارتباط این چنینی وجود دارد. هنوز هم بعد از چندین ماه تعمیرات، برخی معتقدند این دستگاه همچنان معیوب است! به خاطر چنین مشکلاتی قرار است ذره کوب در ۲ سال آینده تنها با نیمی از قدرت خود به فعالیت ادامه دهد.

آیا ذره کوب می تواند سیاهچاله ای ایجاد کند که باعث نابودی کره زمین گردد؟
تا به حال هیچ نشانه ای مبنی بر اینکه برخوردها قادر به ایجاد سیاهچاله اند و یا اینکه در صورت ایجاد، این سیاهچاله قادر به آسیب رسانی باشد، مشاهده نشده است. طبق نظریه ریسمان ، حتی با نگاه بدبینانه، می توان گفت که ذره کوب هادرون آنقدر انرژی ندارد که قادر به تولید سیاهچاله باشد.
این خبر شاید برای شما امیدوار کننده باشد، اما برای فیزیکدان ها بسیار بد است. زیرا بسیاری از آنها سالها است برای دیدن تولد سیاهچاله، لحظه شماری می کردند.