برخورد دهنده هادرونی بزرگ که فرم اختصاری آن LHC می باشد، برای نخستین بار در یک موسسه ی تحقیقاتی تخصصی به نام سرن در سوئیس و در نزدیکی شهر ژنو شکل گرفت.
در مطلب قبلی درباره ی نظریه و ذره ی بوزون هیگز یا همان ذره ی خدا توضیح دادیم. پروژه ی هادرونی بزرگ بر این اساس برپا شد تا بتواند در محیط فوق آزمایشگاهی خود، به خلق ذره بوزون هیگز دست یابد.
در حقیقت پروژه ی برخورد دهنده ی هادرونی می خواهد این ماده ی تاریک را کشف کرده و ضمن اثبات آن، به چشم مشاهده اش کند.
چرا پروژه ی برخورد دهنده هادرونی شکل گرفت؟
این پروژه می خواهد پیش از هر چیزی به این پرسش بزرگ پاسخ دهد که چرا ضد ماده در جهان کمتر از ماده است؟ چه در غیراینصورت و اگر مقدار این دو برابر می بود، یکدیگر را خنثی کرده و گیتی وجود نداشت.
همین طور پروژه برخورد دهنده ی هادرونی در پی آن است که ثابت کند آیا ابعاد دیگری نیز در جهان هستی وجود دارند یا خیر؟ طبق چیزی که دانشمندان به آن رسیده اند، در حال حاضر ما چهار بعد داریم (شامل سه بعد فضایی و بعد زمان)؛ اما انتظار می رود که ابعاد ناشناخته ی دیگری نیز وجود داشته باشند.
به زبان ساده می توان گفت که پروژه برخورد دهنده هادرونی می خواهد به این برسد که آیا ابعاد دیگری در عالم وجود دارند یا خیر؟ و اگر هستند این ابعاد چه ویژگی هایی دارند؟ همچنین ماده و ضد ماده و عدم تقارن آن ها در عالم هستی مورد بررسی پروژه قرار می گیرد.
برخورد دهنده هادرونی چیست؟
برخورد دهنده ی هادرونی در واقع یک مجموعه از تونل های بزرگ و فوق العاده قدرتمند است. این تونل از ۸ قسمت تشکیل شده، طول آن ۲۷ کیلومتر می باشد و در عمق ۱۰۰ متری زمین قرار گرفته است.
ماشین برخورد دهنده هادرونی یا همان LHC به این منظور ساخته شده است که پروتون ها را با سرعت نور به سمت یکدیگر پرتاب کرده و با چیزی که از برخورد آن ها به وجود می آید، به پرسش های بزرگی از دنیای فیزیک پاسخ دهد.
این پروژه قرار است ذرات بنیادی ابتدایی زمین (همان بوزون هیگزها) مانند ابعاد ناشناخته ی دنیا، ماده ی سیاه و ضد ماده را شناخته و ماهیت آن ها را تحلیل کند.
برخورد دهنده ی LHC دارای آهن رباهایی ست که قدرت پرتاب پروتون ها با سرعتی نزدیک به سرعت نور را فراهم می سازند.
جالب است بدانید که عدد آهنرباهای به کار رفته در ماشین LHC به ۹۶۰۰ آهن ربا که وزن بسیار سنگینی (در واحد تن) دارند، می رسد. تونل به اندازه ی ۲۷ کیلومتر مسافت داشته و پروتون ها با دریافت ۱۴ تریلیون ولت انرژی به سمت هم پرتاب می شوند. به این شکل دانشمندان می خواهند به لحظه ای برسند که بیگ بنگ شکل گرفته و انفجار موجب به وجود آمدن عالم هستی شده است.
فضای داخلی ماشین برخورد دهنده هادرونی دمای نزدیک به منفی ۲۷۱ درجه ی سانتی گراد دارد و طبق اظهارات دانشمندان در این شرایط یخ بندان که یاد آور عصر یخبندان زمین است، می توان پرتاب و برخورد مورد نظر را صورت داد.
زمانی که دو پروتون با شتاب دهنده به یکدیگر برخورد می کنند، دمایی حاصل می شود که به اندازه ی ۱۰۰۰.۰۰۰ برابر بالاتر از دمای جو خورشید است.
لازم به ذکر است که آماده سازی و تدارکات ماشین برخورد دهنده هادرونی بزرگ چیزی نزدیک به ۲۰ سال طول کشیده است. برای نخستین بار در ۱۰ام ماه سپتامبر سال ۲۰۰۸ میلادی عملیات این پروژه شروع شد.
فرآیند کار را در زبان ساده به این شکل می توانیم بازگو کنیم که دو ذره پروتون در دو مسیر تونل پرتاب می شوند. برای این که دو ذره امکان رویارویی با هم را پیدا کنند، دانشمندان آن ها را در دو جهت مختلف یکی موافق عقربه های ساعت و دیگری پاد عقربه های ساعت به داخل دو مسیر تونلی پرتاب می کنند. این ذرات یا بهتر بگوییم اشعه های پروتونی در مسیر لوله هایی با شرایط خلاء ماورا پیش می روند. زیرا در مسیر نباید تحت تاثیر هیچ ذره یا انرژی دیگری قرار بگیرند.
شتاب دهنده سرعت حرکات ذرات را به سرعت نور می رساند و در نهایت این دو پروتون به یکدیگر برخورد می کنند. مدت زمان لازم برای رسیدن به سرعت نور چیزی نزدیک به ۲۰ دقیقه خواهد بود. پس از به هم رسیدن دو پروتون در هر ثانیه، ۶۰۰ میلیون برخورد خواهیم داشت.
پس از برخورد دو پروتون با یکدیگر بلافاصله ذرات کوچک تری به وجود می آیند. در واقع این پروتون ها شکسته و ریزاتمی هایی که آن ها را کوارک و گلوئون می نامند، حاصل می شود. گلوئون ها انرژی هستند و کوارک ها غالبا زیر ثانیه از بین می روند. اما در میان تمام این برخوردها گاهی اوقات ذرات بوزون هیگز یا همان ذرات بنیادی نیز تشکیل می شوند.
تصور نکنید که این ذرات برای دانشمندان قابل مشاهده و بررسی هستند. بلکه تنها از طریق دیگر ذرات به وجود بوزون هیگزها پی می برند.
در تاریخ ۱۴ام ماه مارس سال ۲۰۱۳ میلادی، سرانجام دانشمندانی که روی پروژه ی برخورد دهنده هادرونی بزرگ فعالیت داشتند، به طور رسمی اعلام کردند که موفق به تولید ذره بوزون هیگز شده اند.
ضریب اطمینان پروژه LHC با هسته های شناساگر
این پروژه با ۶ هسته ی شناساگر که ۴تای آن ها اصلی هستند، همراهی می شود. اصلی ترین شناساگر ATLAS نام دارد و طول و عرض و ارتفاع آن به ترتسی ۴۶، ۲۵ و ۲۵ متر است.
شناساگر اصلی دیگر CMS نام دارد. CMS در یک آهن ربای سیم لوله فشرده جای گرفته و قادر است ذرات ریز اتمی را در حین برخورد به دقت شناسایی کرده و آن ها را اندازه گیری نماید.
شناساگر بعدی ALIS نام دارد. ALIS قادر به تشخیص برخوردهای یونی بزرگ می باشد. این شناساگر در واقع برای رصد کردن برخوردها بین یون های آهن در نظر گرفته و طراحی شده است. و دیگر شناساگر اصلی نیز با نام LHCB در حین انفجار بزرگ به جستجوی پادماده یا همان نیروی سیاه می گردد.
جالب است بدانید سالانه چیزی در حدود ۱۵ میلیون گیگابایت اطلاعات از شتاب دهنده هادرونی به دست می آید. پردازش این حجم از اطلاعات حتی با ابررایانه ها نیز ساعت های طولانی به طول می انجامد.
به همین دلیل یک شبکه محاسباتی مشبک پدید آوردند که هر کدام از این شبکه ها می توانند تکه ای از اطلاعات استخراج شده از LHC را تجزیه و تحلیل کند. برای تجمیع اطلاعات، هر یک از این شبکه ها پس از تحلیل، داده ها را به یک کامپیوتر متمرکز می فرستند و مجددا اطلاعات جدیدی را برای تحلیل دریافت می کنند. این کار تا زمانی ادامه پیدا می کند که دانشمندان بتوانند اطلاعات به دست آمده را راحت تر دسته بندی کرده و از آن ها استفاده کنند.
آیا LHC دنیا را نابود می کند؟
با وجود تمام تلاش ها برای رسیدن به آن که کیهان چگونه پدید آمده است، برخی از دانشمندان بر این باورند که پروژه LHC دنیا را نابود می کند. از آن جایی که پروژه LHC با واکنش های قدرتمندی همراه است، ممکن است دنیا را به نابودی بکشاند.
یکی از موضوعات نگران کننده در این باره این است که برخی از دانشمندان این طور می گویند که LHC سبب ایجاد سیاه چاله می شود. سیاه چاله ها همان مناطقی هستند که ماده را به نطقه ای با چگالی بی نهایت می کشاند. خیلی نگران نباشید، زیرا تعداد دیگری از دانشمندان به طوری جدی عنوان می سازند که سیاه چاله های به وجود آمده از LHC بسیار کوچک و ریز اتمی هستند و به سرعت از بین می روند.
اما این تنها نگرانی از بابت پروژه ی شتاب دهنده هادرونی نیست. برخی از دانشمندان می گویند این پروژه ی بزرگ ماده ای به نام استرنجلت تولید می کند که قادر است با ایجاد یک میدان گرانشی ارتقا یافته حیات در کره ی زمین را به پایان برساند.
در سوی دیگر برخی از دانشمندان این موضوع را در حد یک نظریه دانستند چرا که معتقدند تا به امروز هیچ کس چنین ماده ی سمی خطرناکی را ندیده است. همچنین این دسته از دانشمندان عنوان می سازند میدان الکترومغناطیسی که حول این ماده وجود دارد، به جای تغییر ماده های اطرافش، آن ها را دفع می کند. از سوی دیگر، گمانه ها حاکی از این دست که در صورت به وجود آمدن چنین ماده ای، به احتمال زیاد بر اثر بی ثباتی، به سرعت نابود خواهد شد. همچنین وجود اشعه های کیهانی بسیار پر انرژی، این ماده را به شکلی طبیعی از بین می برد و در واقع بی اثر می سازد.
تشعشات قدرتمندی که از LHC ناشی می شود، بر نگرانی های دانشمندان در خصوص نابودی زمین دامن می زند. هیچ شکی نیست که از برخورد ذرات انرژی های بسیار قوی تولید می شود، اما سرن اطمینان داده است که تونل های این پروژه در بستری امن، جایی در ۱۰۰ متری زمین که پوسته ای بسیار قدرتمند از همین کره روی آن کشیده شده است، انجام می شود. همچنین مسئولان گفته اند که در طبیعت و کیهان، شاهد اشعه ها و برخوردهای پر انرژی هستیم که صدمه ای وارد نمی کنند، پس نباید از انرژی های ساطع شده از این پروژه ترسی به دل راه داد.
