پیش‌نویس:برخورد دهنده ی بزرگ هادرونی (LHC)

برخورد دهنده ی بزرگ هادرونی برخورد دهنده ی بزرگ هادرونی یا همان LHC (Large Hadron Collider ) یک برخورد دهنده ی بزرگ در مرکز تحقیقاتی CERN یا سرن است.این برخورد دهنده همانطور که از اسمش پیداست هادرون ها را پس از شتاب به هم برخورد می دهد. هادرون ها ذراتی در جدول استاندارد ذرات هستند. هدف اصلی این پروژه ی عظیم شبیه سازی محیطی مانند دقایقی پس از بیگ بنگ است که ذرات با شتاب فراوان نزدیک به سرعت نور به هم برخورد می کردند این تحقیقات موجب کشف ذرات بسیاری از جمله بوزون هیگز که به ذره ی خدا معروف است شده است.این دستگاه ذرات را تا حدود 13 تریلیون الکترون ولت با هم برخورد می دهد و برای آزمایش های کوانتومی بسیار مناسب است. در واقع برخورد دهنده ی هادرونی لوله ای عظیم است که هادرون ها را با سرعتی نزدیک به سرعت نور و با اختلاف بسیار کم ( 99.99% سرعت نور ) شتاب می دهد و بعد لوله ها با هم هم مسیر می شوند و باعث برخورد ذرات با یکدیگر و شکاف هادرون ها می شوند، سپس آشکارساز ها مخیط بوجود آمده و ذرات ایجاد شده و در واقع هر آنچه که اتفاق افتاده است را به ما نشان می دهد.

سفری به درون LHC

فکر کنید ما چند پروتون هستیم که با سرعتی کنترل شده وارد یک شتاب دهنده ی خطی می شویم ( شتاب دهنده ی خطی مانند یک لوله ی راست و بدون خمیدگی می ماند که چون پروتون ها بار مثبت دارند سعی می کند با بار های مثبت پروتون ها را از خود براند و این باعث شتاب اولیه ی پروتون می شود)اسم این شتاب دهنده ی خطی در سرن نیز ( CERNs Linac 2 ) یا ( CERNs Line accelerator ) یا به فارسی (شتاب دهنده ی خطی سرن)می باشد. خب حالا در این شتاب دهنده ی خطی الکترون های موجود در فضا جدا شده اند و فقط پروتون ها مانده اند سپس پروتون ها باسرعتی شگفت انگیز با استفاده از میدان الکتریکی شتاب می گیرند( معمولا این مرحله خیلی پر سر و صدا است و مانند این می ماند که بخواهیم چند گلوله ی آهنی را در یک کاسه ی پلاستیکی شتاب دهیم ) حالا بسته های پروتون به چهار قسمت تقسیم می شوند و حالا وارد یک شتاب دهنده ی حلقوی می شوند که آنها را به صورت دایره وار شتاب می دهد که 157 متر محیط دارد. حالا برای شتابدار کردن این ذرات تا سرعت نور یک میدان الکتریکی به این شتابدهنده ی حلقوی ضربه می زند. ( مانند بچه ای که بر روی یک تاب نشسته و شما او را تاب می دهید تا شتاب بگیرد ) سپس همین کار را با یک آهن ربای الکتریکی بسیار قوی انجام می دهند. سپس تقویت کننده ، پروتون ها را تا سرعت باورنکردنی 91.6% سرعت نور شتاب می دهند و حالا نوبت مرحله ی بعد فرا می رسد ، چهار بسته الکترون ما وارد یک سینکروتون بزرگ می شوند که 628 متر است و آنها در آن به مدت 1.2 ثانیه به گردش در می آیند و به بیش از 99.9% نور می رسندو به جایی می رسد که دگر قدرت شتاب گرفتن ندارد و این جا است که افزایش جرم وارد می شود و پروتون ها سنگین می شوند و انرژی آنها به 25 گیگا الکترون ولت افزایش یافته است ، حال پروتون ها حداقل 25 برابر سنگین تر از یک پروتون عادی هستند حالا وارد محیط چهارم می شوند که ابر سینکروتون یا سوپر سینکروتون نام دارد که شکل حلقوی دارد و 7 کیلومتر محیط دارد. حالا این پروتون ها حدود 450 الکترون ولت انرژی دارند و حالا به تالار رقص واقعی وارد می شوند ، یعنی مدار برخورد دهنده ی بزرگ هادرونی که بین کوه های آلپ و ژورا قرار دارد و بین دو کشور سوئیس و فرانسه استقرار یافته است. این مدار عظیم 27 کیلومتر داخل زمین است. و حالا پروژه ی اصلی آغاز می شود این مدار بزرگ دارای 2 لوله ی خلا بزرگ است که پروتون ها درون آن دو بر خلاف جهت همدیگر حرکت می کنند و در نهایت در چهار حفره ی آشکار ساز ( جایی که میتوان آنها را مجبور به برخورد کرد )و سپس به SPC یا سوپر سینکروتون پروتون تزریق می شوند و در نهایت 2808 بسته پروتون داریم طی این مدت LHC شتاب زیادی به پروتونم ها می دهد و الان سرعت پروتون ها اختلاف بسیار بسیار کوچکی با سرعت نور دارد و به دور حلقه ی 27 کیلومتری می چرخند و حالا با سردتر شدن LHC آهن ربا ها ابر رسانا می شود ، اکنون پروتون ها آماده ی برخوردند و بنگ! بله اکنون پروتون ها کامل به هم برخورد کرده اند و این انرژی حاصل از برخورد توسط آشکار ساز های LHC آشکار سازی می شود. انرژِ حاصل از این برخورد 14 ترا الکترون ولت است و حال می تواند لحظاتی پس از بیگ بنگ را سبیه سازی کند تا شاید بتواند جواب پرسش های ما را بدهد اینکه جهان چگونه بوجود آمده است ؟ در آینده به کجا خواهد رفت ؟ و چگونه خواهد مرد ؟

منابع

https://www.aparat.com/v/vN4Ts

https://www.youtube.com/watch?v=9NGTr9OiKjU

https://www.aparat.com/v/igDOq

کتاب دایره المعارف ستارگان نشر شایان

پژوهشگر و گردآورنده

شهرزاد راجی