فهرست مندرجاتفیزیک کوانتوم
چرا از ذرۀ «هیگز» به‌عنوان ذره خدا یاد شد؟
[قبل] [بعد]
هفته‌ی گذشته[۱] نتایج تحقیقات فیزیکدان‌های مرکز پژوهش‌های هسته‌ای اروپا، ملقب به «سِرن» (CERN) در سراسر رسانه‌های جهانی، عناوین نخست را به‌خود اختصاص داد. کشف ذره‌ی «هیگز» یا به‌عبارتی، تنها ذرهای که تا به حال پیش‌بینی شده بود، ولی کشف نشده مانده بود، یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های تاریخ علم فیزیک و مطالعات ذره‌های بنیادین به حساب می‌آید.
[↑] گفتگو با محمد حیدری ملایری
● آرش ادیب‌زاده: ذره‌ی «هیگز» یا «بوسون هیگز»، در واقع آن چیزی است که سبب میشود تمامی ذره‌ها جرم داشته باشند یا به‌عبارتی ساده‌تر، ذرهای است که تمامی ذرات را به‌هم می‌چسباند و متصل کرده است.
حال چگونه ذره‌ی «هیگز» کشف شد و چرا چنین نامیده میشود و خصوصاً چرا از این ذره در بسیاری از رسانه‌ها به‌عنوان «ذره‌ی خدا» و یا «ذرۀ الهی» یاد شده است؟ توضیحات بیشتر از دکتر محمد حیدری ملایری، اخترفیزیک‌دان رصدخانه‌ی پاریس:
□ حیدری ملایری: این دستآورد فیزیک‌دانان اروپایی بسیار مهم است و ما ممکن است شاهد یکی از پیشرفته‌های عمده‌ی فیزیک ذره‌های بنیادین در ۵۰ سال گذشته باشیم. برای پی بردن به اهمیت این کشف، باید اول به کوتاهی به چند نکته اشاره کنم تا مطلب برای مخاطبان شما روشن‌تر شود.
ذره‌های بنیادین، ذره‌هایی هستند مثل الکترون، پروتون، نوترون و ذره‌های دیگر از این نوع که ماده را تشکیل می‌دهند. شناختی که ما از این ذره‌ها و قانون‌های فیزیکی حاکم بر آن‌ها داریم، زاییده‌ی تئوری یا نگره‌ای است که از پژوهش‌های صدها فیزیک‌دان برجسته در صد سال گذشته به وجود آمده است. این نگره‌ی فیزیکی بسیاری از پدیده‌های ذره‌های بنیادین را توضیح می‌دهد و البته پرسش‌هایی هم هستند که هنوز بی‌پاسخ‌اند.
یکی از این پرسش‌ها این است که ذره‌های بنیادین جرم‌شان را از کجا می‌آورند و چرا بعضی از ذره‌ها مثل فوتون، جرم ندارند. برای پاسخ دادن به این پرسش، چند فیزیک‌دان در دهه‌ی ۱۹۶۰ پیشنهاد کردند که باید ذرهای وجود داشته باشد که باعث میشود ذره‌های بنیادین دارای جرم بشوند. این نوع ذره که کارش ربط دادن ذره‌ها به هم است و در واقع میانجی بین ذره‌هاست، «بوسون» نام دارد و چون یکی از فیزیک‌دانانی که این پیشنهاد را کرده بود، پیتر «هیگز» (Peter Higgs) اسکاتلندی بود، این ذره به نام بوسون «هیگز» معروف شد.
اما این ذره‌ی «هیگز» را کجا میشود پیدا کرد؟ ذره‌ی «هیگز» به حالت آزاد وجود ندارد و باید در درون ذره‌های دیگر به دنبالش گشت. مثلاً پروتون از سه ذره ساخته شده که به آن‌ها «کوارک» می‌گویند. این سه نوع کوارک را ذره‌های دیگری که «گلوون» نام دارند، در درون پروتون به هم چسبانده‌اند. اگر پروتون را بشکنیم، از شکستن آن، ذره‌ی «هیگز» پدید می‌آید. منتها سه دشواری عمده وجود دارد. نخست این‌که فروشکستن پروتون کار آسانی نیست، چون به انرژی سرسام‌آوری نیاز دارد. دشواری دوم این بود که فیزیک‌دانان نمی‌دانستند جرم یا انرژی هیگس چه اندازه است و هنگام فروشکستن پروتون باید به دنبال چه انرژی‌ای بگردند. اشکال سوم این است که این ذره، عمرش کم‌تر از یک‌میلیاردم ثانیه است و بلافاصله از بین می‌رود و به فوتون تبدیل میشود.
فیزیک‌دانان به مدت ۴۰ سال، با شتاب‌گرهایی که در اختیار داشتند، به دنبال کشف این ذره بودند، ولی موفق نمی‌شدند. سرانجام به این نتیجه رسیدند که جرم یا انرژی هیگس باید بیش از آن باشد که شتاب‌گرهای موجود امکان دسترسی به آن را فراهم می‌کردند. به‌همین سبب، مرکز اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای (سِرن) بزرگ‌ترین شتاب‌گر جهان را ساخت که در سال ۲۰۰۸ بهره‌برداری از آن آغاز شد.
این ماشین عظیم که LHC نام دارد، کارش شتاب دادن به ذره‌های باردار مثل پروتون است. منظور از شتاب دادن، رساندن ذره‌ها به سرعتی نزدیک به سرعت نور برای بالا بردن انرژی جنبشی آن‌هاست. بعد این پروتون‌ها را که از دو سوی متضاد می‌آیند، به هم می‌کوبند تا شکسته شوند. در این‌جا وارد جزییات این دستگاه بی‌همتا که برای ساختنش ۱۵ سال، صدها فیزیک‌دان و هزاران مهندس کار کردند و میلیاردها یورو هزینه برداشته، نمی‌شویم.
از موقعی که بهره‌برداری از این شتاب‌گر آغاز شد تا کنون، یعنی به مدت چهار سال، فیزیک‌دانان اروپا ذره‌های پروتون را شتاب دادند و آن‌ها را با سرعتی نزدیک به سرعت نور به هم کوبوندند و این کار را میلیاردها بار تکرار کردند و هر بار انرژی ذره‌های حاصل از این برخورد را اندازه‌گیری کردند. دو گروه گوناگون با دو گیرنده‌ی گوناگون این کار را انجام دادند تا نتیجه‌شان را با هم مقایسه کنند و سرانجام هفته‌ی پیش ذره‌ی «هیگز» کشف شد و این ذرهای است با انرژی ۱۲۵ میلیارد الکترون‌ولت، یعنی با جرمی ۱۳۳ برابر جرم پروتون. این تنها ذرهای است که نگره‌ی فیزیکی پیش‌بینی کرده بود و تا به‌حال کشف نشده بود.
● آرش ادیب‌زاده: آقای دکتر حیدری ملایری، تا چه حد نتیجه‌ی پژوهش‌های دانشمندان می‌تواند قابل اطمینان باشد؟
□ حیدری ملایری: این میلیاردها باری را که اندازه‌گیری کردند، به خاطر این است که احتمال خطای آماری را کم کند. احتمال این‌که این کشف خطای آماری باشد، یک در ۱۰ میلیون است. آن‌چه که مسلم است، این است که ذرهای کشف شده با جرم ۱۳۳ برابر جرم پروتون و این کشف به‌خودی خود بسیار مهم است. ولی آیا این ذره، ذره‌ی هیگس است؟ اطمینان ما صددرصد نیست. ذره‌ها ویژگی‌های بسیاری دارند، از آن جمله ویژگی‌ای که به آن «اسپین» (Spin) می‌گویند. مثلاً اسپین الکترون یک‌دوم است، اسپین پروتون و نوترون هم یک‌دوم است. اگر این ذره، ذره‌ی هیگس باشد، باید اسپینش صفر باشد.
آزمایش‌های آینده نشان خواهند داد که آیا اسپین این ذره صفر است یا نه. ولی اندازه‌گیری اسپین این ذره، کار آسانی نیست. چون همان‌طور که اشاره کردم، عمر ذره کم‌تر از یک‌میلیاردم ثانیه است و اندازه‌گیری اسپین چنین ذرهای، پژوهش‌های بسیار زیادی می‌خواهد. علاوه بر اسپین، باید عددهای کوانتومی دیگری را هم اندازه‌گیری کرد تا صددرصد مطمئن شد.
● آرش ادیب‌زاده: آقای دکتر حیدری ملایری، همان‌طوری که شما اشاره کردید، گفته میشود که این ذره‌ی«هیگز»، در واقع آن چیزی است که به ذرات دیگر یا به بدن انسان یا به تمام چیزهایی که در گیتی وجود دارد، جرم می‌دهد. ممکن است به زبان ساده توضیح بدهید که این به چه معناست؟
□ حیدری ملایری: ذره‌ی «هیگز» پیرامون خودش میدانی را به وجود می‌آورد که بر ذره‌های دیگر تأثیر می‌گذارد و این تأثیر باعث جرم آن‌ها میشود. توضیح این‌که چطور ذره‌ی هیگس به ذره‌های دیگر جرم می‌دهد، آسان نیست، ولی می‌کوشم با دو مثال، کمی مسئله را روشن‌تر کنم:
تکه‌آهنی را به شما می‌دهند و می‌گویند این آهن‌ربا است. تا موقعی که شما این جسم را به جسم آهنی دیگری یا آهن‌ربایی نزدیک نکرده‌اید، نمی‌توانید مطمئن باشید که این آهن‌رباست. آهن‌ربا در پیرامون خودش، میدانی مغناطیسی به وجود می‌آورد و برای این‌که این خصوصیت آشکار بشود، باید این میدان را فعال کرد. وجود آن تکه‌آهن در مثال ما، میدان مغناطیسی را فعال می‌کند. در این مثال، تکه‌ی آهن مثل ذره‌ی هیگس عمل می‌کند، با این تفاوت که این ذره‌ی هیگس است که میدان را به وجود می‌آورد.
مثال دیگر این است که شما ظرف تختی مثل سینی را در نظر بگیرید و در آن چند توپ پینگ‌پنگ بگذارید. اگر سینی را کج و راست کنید، توپ‌ها به آسانی این طرف و آن طرف می‌روند. حالا توی سینی مقداری شکر بریزید. وجود دانه‌های شکر نمی‌گذارد که توپ‌ها به همان آسانی این‌ور و آن‌ور بشوند. مثل این‌می‌ماند که دانه‌های شکر وجود ندارند، ولی توپ‌های پینگ‌پنگ جای‌شان را به توپ‌های سنگین‌تری داده‌اند که سخت‌تر جابه‌جا می‌شوند. در این مثال، دانه‌های شکر مثل ذره‌ی «هیگز» عمل می‌کنند. البته این‌ها فقط مثال است، ولی شاید تا حدودی کمک کند به فهم مطلب.
● آرش ادیب‌زاده: آقای دکتر حیدری ملایری، این کشف جدید یا نتیجه‌ی پژوهش‌های دانشمندان در ارتباط با ذره‌ی «هیگز»، چرا این‌قدر سروصدا کرد، در رسانه‌ها از آن صحبت شده و در واقع، چه پیامدهایی می‌تواند برای دنیای ما و جهان علم و دانش داشته باشد؟
□ حیدری ملایری: پیامدها بسیار خواهند بود. فیزیک‌دانان روش علمی‌را دنبال خواهند کرد و فرض خواهند کرد که این ذره، بی‌شک، ذره‌ی «هیگز» است، تا موقعی که عکس آن به آن‌ها ثابت شود. کشف این ذره باعث کشف ذره‌های دیگری خواهد شد که تاکنون پیش‌بینی نمی‌شده و این برای فیزیک ذره‌های بنیادین، بسیار مهم است.
پیامد دیگر این است که فضایی که ما در آن زندگی می‌کنیم، چهاربُعدی است؛ سه بُعد مکان و یک بُعد زمان. بعضی نگره‌های فیزیکی پیش‌بینی می‌کنند که فضای ذره‌های بنیادی چند بُعد دیگر دارد. کشف ذره‌ی «هیگز» به پژوهش در این زمینه کمک خواهد کرد.
پیامد دیگر این است که بنا بر نگرۀ «بیگ‌بنگ»، در آغاز گیتی، ذره‌ها جرم نداشته‌اند، چون ذره‌ی هیگس هنوز به وجود نیامده بود. این ذره در زمانی بین ۱۰ به توان منهای ۳۶ ثانیه تا ۱۰ به توان منهای ۱۲ ثانیه پس از بیگ‌بنگ به وجود آمده است. یعنی بخشی از تاریخ گیتی، ذره‌ها جرم نداشته‌اند. کشف ذره‌ی «هیگز» به شناخت ما از فرگشت آغازین گیتی کمک خواهد کرد.
به‌علاوه، این دستآورد تاییدی است برای استراتژی پژوهشی اروپا در زمینه‌ی فیزیک ذره‌های بنیادین و به اروپایی‌ها پشت‌گرمی می‌دهد تا در این راه بیشتر پیش بروند.
● آرش ادیب‌زاده: آقای دکتر حیدری ملایری، در بسیاری از رسانه‌ها، کارشناسان از این پدیده، از این کشف، به‌عنوان «ذرۀ خدا» یا «ذرۀ الهی» یاد کردند. این به چه دلیل است و چه معنی‌ای دارد؟
□ حیدری ملایری: .این بیشتر به‌شوخی شبیه است و نباید آن را جدی گرفت. داستان از این قرار است که لئون لدرمن (Leon M. Lederman)، برنده‌ی جایزه‌ی نوبل فیزیک ۱۹۸۸ کتابی می‌نویسد در سال ۱۹۹۴ در باره‌ی ذره‌ی «هیگز» و در آن شرح می‌دهد که تا چه اندازه به دام انداختن این ذره دشوار است، با همه‌ی کوشش‌هایی که فیزیک‌دانان کرده‌اند. عنوان کتاب را هم به انگلیسی می‌گذارد «The Goddamn Particle» یعنی «ذره‌ی لعنتی». ناشر کتاب به این عنوان ایراد می‌گیرد که «لعنتی» چندان جالب نیست و «Goddamn» که در انگلیسی به‌معنای لعنتی است را کوتاه می‌کند و به «God» تبدیل می‌کند، یعنی «خدا». پس می‌بینید که چطور پای خدا به وسط می‌آید، در حالی‌که این موضوع به خدا ربطی ندارد.
البته فیزیک‌دانان به‌طور کلی عنوان این کتاب را نمی‌پسندند و به آن انتقاد بسیار دارند. خود نویسنده‌ی کتاب هم گفته است که این عنوان به او تحمیل شده است. ولی به نظر من، عذر ایشان پذیرفتنی نیست، چون می‌توانست نپذیرد. «ذره‌ی خدا» نامیدن این ذره، بسیار گمراه کننده است و آب به آسیاب کسانی می‌ریزد که می‌خواهند به هر بهانه‌ای خدا و دین را که موضوع‌هایی فردی و شخصی هستند، وارد همه چیز بکنند. اگرچه این عنوان برای خِردباوران زیان‌آور است، ظاهراً برای ناشر سودآور بوده است. چون به این وسیله، خیلی از کسانی را هم که چندان به‌دنبال پیشرفت‌های فیزیک نیستند، ولی موضوع‌های مربوط به خدا را دنبال می‌کنند، جلب کرده است[٢].
[↑] يادداشت‌ها
يادداشت ۱: اين مقاله برای دانشنامهی آريانا توسط مهدیزاده کابلی ارسال شده است.
[↑] پی‌نوشت‌ها
[۱]- این گفتگو در ۱۴ ژوئیه ٢٠۱٢ میلادی انجام شده است.
[٢]- آرش ادیب‌زاده، ، رادیو آر اف ای فرانسه (rfi) – بخش فارسی علم و تکنولوژی: شنبه ۱۴ ژوئیه ٢٠۱٢
[↑] جُستارهای وابسته
□
□
□
[↑] سرچشمه‌ها
□ وب‌سایت رادیو آر اف آی (rfi) فرانسه
