بوزون هیگز چیست؟ (بخش دوم)

---

نویسنده: محمد علیزاده

فروریزی جهان نیوتن
اکنون به قرن بیستم و جهان انشتین وارد می‌شویم: نخستین ضربه را بر این جهان، حتی پیش از آغاز سد‌ه‌ی بیستم، دانشمندی به نام مایکلسون وارد ساخت. او دستگاهی ساخت به نام تداخل‌سنج و می‌خواست سرعت زمین را نسبت به "دستگاه مطلق اتر" به دست آورد که بارها آزمایش کرد و نتیجه‌ای نگرفت. دومین ضربه را هم انشتین وارد ساخت که برای انداز‌ه‌ی سرعت، حدی در نظر گرفت. در نتیجه دیگر نه دستگاه مطلق معنی داشت، نه اتر و نه گرانش و جرم و سرعتِ بی‌نهایت. همه چیز حد و اندازه‌ای داشت و دیگر هیچ چیز مطلق نبود، همه چیز نسبی شد، حتی زمان. جهان نسبیتی انشتین دارای دو اصل اساسی است:
۱- قوانین فیزیک در تمام دستگاه‌های لَخت یکسان است و هیچ دستگاه مرجع مطلقی در جهان وجود ندارد.
۲- سرعت نور در فضای تهی و در تمام دستگاه‌های لخت ثابت است.
به عبارتی، اگر جرمی را شتاب دهیم، هر چه به سرعت نور، یعنی حد نهایی سرعت نزدیک شویم، جرم به سمت بی‌نهایت میل می‌کند و نیز زمان کندتر می‌گذرد. نکته‌ی مهم‌تر این که در جهان انشتین، انرژی و ماده هم‌ارز هستند، یعنی جرم جسم را می‌توان به صورت محتوای انرژی آن مورد ارزیابی قرار داد. بنابراین انرژی دارای جرم است. در تعاریف نسبیت هم نور از کوانتوم‌های انرژی تشکیل می‌شود که آن را فوتون می‌نامند و با سرعت نور حرکت می‌کند. همچنین انشتین در سال 1915 نسبیت عام را ارائه کرد تا رویدادهای فیزیکی برای دستگاه‌های شتابدار هم مانند دستگاه‌های لخت، به خوبی مورد بررسی قرار گیرد و در نتیجه نسبیت خاص به عنوان حالت خاصی از نسبیت عام در آمد.

  
لرزش جهان انشتین
نیوتن و قوانینش، بیش از دویست سال فرمانروای جهان بودند، اما پایه‌های فرمانروایی انشتین به 30 سال نرسیده به لرزه افتاد! نخستین اشکال، ناتوانی نسبیت برای توضیح ساختارهای خُرد است. دومین اشکال، نسبیتی بودن نسبیت است! تا جایی که خود انشتین هم برای حل این مشکل دست کار شد و شوربختانه عمرش به آن بسنده نکرد. البته سالها پیش از کشف هابل در مورد انبساط کیهان، فیزیکدان روس الکساندر فریدمن  همین موضوع را پیش‌بینی کرده بود. او دو فرض ساده را مطرح کرد: نخست این که به هر سوی جهان که نگاه کنیم، با بخش‌های دیگر تفاوتی ندارد و دوم این که از هر نقطه‌ی دیگر هم که جهان را مورد بررسی قرار دهیم، فرض اول همچنان پابرجاست. انشتین به شدت به نظریه‌ی او تاخت و اعتراض کرد، اما پس از مدتی به اشتباه خود اعتراف کرد و دلیرانه آن را پذیرفت.
نکته‌ی دیگر این که مشکل گرانش نیوتنی نیز در نسبیت همچنان باقی است. در نسبیت، فضا-زمان دارای خمیدگی است. هر چه ماده فزون‌تر و چگال‌تر باشد، خمیدگی فضا هم بیشتر است. حالا این خمیدگی تا کجا ادامه دارد؟ نسبیت می‌گوید خمیدگی فضا می‌تواند چنان تابیده شود که حجم به صفر برسد. اکنون اگر ماده بتواند چنان بر فضا اثر بگذارد که حجم به صفر برسد، جرم هم باید به سمت بی‌نهایت میل کند. یعنی بر مشکل قانون گرانش چیزی هم افزوده شد. قانون نیوتن تمرکز ماده تا بی‌نهایت را می‌پذیرد ولی حجم صفر آن را نه. نسبیت هر دو را می‌پذیرد! اما مهمترین اشکال در نسبیت، این است که به "ماهیت پدیده‌های فیزیکی" توجه نشان نداده است.
و این جاست که نیاز به قهرمانی داریم تا بار همه چیز را بر دوش کشد.

2 - جهان پس از کشف بوزون هیگز

ذره‌ای خُرد اما بنیادین
این ذر‌ه‌ی بنیادی، تنها عضو ناشناخته‌ی مدل استاندارد فیزیک بود. اهمیت این ذره در این است که بر اساس مدل استاندارد، عامل و واسطه‌ی ایجاد جرم در تمامی ذرات دیگر است. این ذره تنها در کسری از ثانیه و هنگامی که ذرات بنیادین دیگر با سرعت‌های بسیار زیاد با یکدیگر برخورد کرده و متلاشی می‌شوند، تولید شده است. تا پیش از کشف بوزون هیگز، فرضیه‌های دیگری برای جرم دادن به ذرات پیشنهاد شده بود، اما با آزمایش پایانی در آزمایشگاه شتاب‌دهند‌ه‌ی بزرگ ذرات یا ال.اچ.سی  و کشف بوزون هیگز، مدل استاندارد هم تایید شد و در نتیجه دنیای فیزیک گامی بسیار بلند و رو به پیش برداشت و دریافت و برداشت ما از جهان نیز بسیار گسترده‌تر از پیش شد. در چهاردهم تیرماه سال ۱۳۹۱، مسئولان پروژه‌های اطلس و سی.‌ام‌.اس در نشستی خبری در سرن، رسما اعلام کردند که به احتمال 99/99 درصد، این ذره را کشف کرده‌اند.

ذرات در مدل استاندارد
بر اساس مدل استاندارد، ذراتِ الکترون، کوارک بالا و کوارک پایین، ذرات بنیادی تشکیل دهند‌ه‌ی مواد هستند. پروتون و نوترون از پیوند سه کوارک ساخته می‌شوند و این دو نیز هسته‌ی اتم را می‌سازند و الکترون هم گرد هسته می‌گردد. بوزون، حامل نیرو است. مدل استاندارد، سه نیرو از چهار نیروى شناخته شده را به خوبی توضیح مى‌دهد: نیروی الکترومغناطیس، نیروى هسته‌ای ضعیف که ساختار عناصر شیمیایى را در بر دارد و نیروى هسته‌ای قوى که پروتون‌ها و نوترون‌هاى هسته را کنار هم نگه مى‌دارد. نیرو هم با ذرات انتقال می‌یابد. الکترومغناطیس را نوترون‌ها، نیروى هسته‌ای ضعیف را بوزون‌هایW  و Z  و نیروی هسته‌ای قوی را گِلوآن‌ها انتقال می‌دهند. گراویتون‌ها هم در کنار مدل استاندارد برای گرانش فرض شده‌اند. با مدل استاندارد که در آن نیروهای هسته‌ای ضعیف و الکترومغناطیس هم‌بسته شده و نیروی الکتروضعیف را به وجود می‌آورد، می‌توان ساختار نیروها و برهم‌کنش آنها را به خوبی توضیح داد. همچنین می‌توان اصول نظریه‌ها را توضیح داد و وجود ذرات را پیش‌بینی کرد. بر این اساس و با کمک مدل استاندارد، دانشمندان وجود منبع جرم برای ماده را در قالب ذره‌ای به نام بوزون هیگز پیش‌بینی کردند. این ذره با دیگر ذرات مدل استاندارد به گونه‌اى برهم‌کنش مى‌کند که آنها را داری جرم می‌سازد. با آزمون‌ها و آزمایش‌هایی که برای درستی این نظریه انجام شده و هر بار هم بیش از پیش، دقیق‌تر صورت پذیرفته، وجود هر مدل دیگری برای توضیح ساختار ماده ممکن نیست. ذرات در این مدل نقطه‌ای هستند، یعنی دارای ساختار نیستند.

اشکالاتی که بر مدل استاندارد وارد است
نخست این که انرژى تاریک که گمان می‌رود باعث شتاب گسترش جهان باشد و نیز ماد‌ه‌ی تاریک، در تعاریف مدل استاندارد جایی ندارد. همچنین دلایل محکمی وجود دارد که جهان در نخستین ثانیه‌ها پس از مِه‌بانگ دچار تورم شده باشد. آنچه که این تورم را موجب شده نیز در مدل استاندارد قابل توضیح نیست و این دومین اشکال است. اشکالات دیگری هم بر این نظریه وارد است. به نظر می‌رسد مدل استاندارد با توجه به بایستگی‌های فراوانی که به سازوکار تعریف شده در آن دارد، هرگز نتواند به اشکالاتی که بر آن وارد آمده پاسخ دهد. هر چند مدل استاندارد هم دارای اشکالاتی است، اما توجه داشته باشید که هر نظریه‌ای به خودی خود به پرسش‌هایی پاسخ می‌دهد و پرسش‌هایی را نیز به وجود می‌آورد. در نتیجه‌ی همین اشکالات، برخی از فیزیک‌دانان به دنبال گسترش نظریه‌های جایگزینی چون نظریه‌ی ابرتقارن  رفته‌اند.

ادامه دارد...

---