جستجوی ذرات مرموز «شبح» در تونل های زیرزمینی سرن

به گزارش مجله راپیدی، حالا اما دانشمندان در بزرگ ترین آزمایشگاه فیزیک ذره ای جهان در سرن در مرز سوییس گمان می کنند که سرانجام راهی را برای اثبات وجود داشتن یا نداشتن این ذرات پیدا کرده اند.

برای این کار به طور ویژه آزمایشی زیرزمینی برای یافتن شواهدی از ذرات «شبح» طراحی شده و در دست اجرا قرار گرفته است. ابزار دستگاه شناسایی جدید هزار برابر بیشتر از دستگاه های قبلی به چنین ذراتی حساس خواهد بود.

اما این ذرات شبح گون چیستند و چرا رویکرد جدیدی برای شناسایی آنها لازم بود؟

بر اساس گزارش یورونیوز، نظریه فعلی فیزیک ذرات «مدل استاندارد» نامیده می شود. این نظریه می گوید که همه چیز در کیهان از خانواده ای متشکل از 17 ذره شامل ذره های شناخته شده مانند الکترون و بوزون هیگز و همچنین ذرات کمتر شناخته شده نظیر کوارک افسون، تاو نوترینو و گلویون است.

برخی از این ذرات در ترکیب های مختلف با هم مخلوط می شوند تا ذرات بزرگ تر را، که سازنده دنیای اطراف ما و همچنین ستارگان و کهکشان های فضا هستند، تشکیل دهند. در این میان اما یک مشکل وجود دارد: اخترشناسان متوجه چیزهایی در کیهان شده اند (برای مثال نحوه حرکت کهکشان ها) که قویاً نشان می دهد تمام آنچه ما می توانیم مشاهده کنیم فقط 5 درصد کیهان را تشکیل می دهد.

بنابر نقشه تهیه شده توسط اخترشناسان، کیهان در مجموع از 26 درصد ماده تاریک، 69 درصد انرژی تاریک و 5 درصد ماده عادی تشکیل شده است. بقیه آنچه در کیهان است می تواند از ذرات «شبح» یا «پنهان» تشکیل شده باشد. تصور می شود که آن ها همزادهای شبح گون 17 ذره مدل استاندارد باشند.

اگر آنها وجود داشته باشند، تشخیص شان واقعا سخت است زیرا به ندرت با دنیایی که ما می شناسیم تعامل دارند. آنها مانند ارواح مستقیماً از همه چیز عبور می کنند و توسط هیچ ابزار زمینی قابل شناسایی نیستند.

با این حال یک تیوری جدید می گوید که ذرات شبح گاهی به ندرت می توانند به ذرات مدل استاندارد تجزیه شوند و این ذرات توسط آشکارسازها قابل شناسایی هستند. ابزار جدید با افزایش بسیار زیاد تعداد برخوردها، شانس تشخیص این فروپاشی ها را افزایش می دهد.

بیشتر آزمایش های کنونی ذرات با یکدیگر برخورد داده می شوند، اما در آزمایش جدید یک ابزارک آنها را به یک بلوک بزرگ از مواد شلیک می کند. این بدان معنی است که نه فقط بعضی ذرات، بلکه همه آنها به قطعات کوچکتر خرد می شوند.

پروفسور آندری گولووین از امپریال کالج لندن و رییس کل این پروژه، می گوید که این آزمایش «عصر جدیدی را در جستجوی ذرات پنهان نشان می دهد.»

او اضافه کرد: «این آزمایش امکان منحصربه فردی برای حل چندین مشکل عمده فیزیک ذرات دارد و ما چشم انداز کشف ذراتی را داریم که قبلاً هرگز دیده نشده اند.»

شکار ذرات شبح نیاز به تجهیزات ویژه ای دارد. با آزمایش های معمولی با استفاده از برخورد دهنده بزرگ هادرونی می توان ذرات جدید را تا فاصله یک متری از برخورد تشخیص داد. اما ذرات شبح می توانند نامریی باقی بمانند و قبل از اینکه متلاشی شوند و خود را نشان دهند، چند ده متر یا حتی صدها متر را طی کنند. بنابراین آشکارسازهای دستگاه فرصت بیشتری برای شناسایی این ذرات دارند.

پروفسور میتش پاتل از امپریال کالج با توصیف این رویکرد جدید به عنوان «مبتکرانه»، گفت: «چیزی که واقعاً در مورد آزمایش برای من جذاب است این است که این ذرات دقیقاً زیر دماغ ما هستند، اما ما هرگز نتوانسته ایم نحوه تعامل آنها را مشاهده کنیم.»

قرار است ابزارهای مربوط به آزمایش جدید در تونل ها و تاسیسات زیرزمینی سرن ساخته شوند. این آزمایش در کنار آزمایش های دیگر سرن اجرا خواهد شد که بزرگترین آنها برخورد دهنده بزرگ هادرونی است؛ آزمایشی که از زمان تکمیل آن در سال 2008 تا کنون با صرف هزینه ای بالغ بر 4.5 میلیارد یورو به دنبال 95 درصد گمشده جهان بوده است.

این ماشین غول پیکر تا کنون هیچ ذره ای از مدل غیر استاندارد پیدا نکرده است و بنابراین برنامه ساخت ماشینی که سه برابر بزرگتر است در دستور کار قرار گرفته است. دستگاه جدید که «برخورددهنده دورانی آینده» (Future Circular Collider) بودجه ای 14 میلیارد یورویی دارد و تاریخ شروع به کار آن برای اواسط دهه 40 میلادی برنامه ریزی شده است. اگرچه تا سال 2070 به ظرفیت نهایی خود برای شکار ذرات جدید خود نخواهد رسید.

در مقابل آزمایش «جستجو برای ذرات پنهان» (SHiP) ویژه یافتن ذرات شبح حدود 100 برابر ارزان تر خواهد بود و حدود 120 میلیون یورو هزینه برمی دارد.

محققان می گویند انجام تمامی این آزمایش ها برای یافتن ذراتی که منجر به یکی از بزرگترین پیشرفت ها در تمام دوران علم فیزیک خواهند شد، مورد نیاز است.

5858