داده‌های امیدوارکننده به کشف ذره «هیگز»

جئوف برومفیل-داده‌های جدید دریافتی از دو حسگر اصلی شتاب‌دهنده غول‌آسای LHC، حاکی از وقوع رخداد‌هایی غیرمنتظره‌ هستند و همانگونه که انتظار آن هم می‌رود، این رخداد مربوط به همان ذره‌ای می‌شود که سال‌ها جهان فیزیک را به دنبال خود دوانده است: هیگز بوزون.

هر دو حسگر «اطلس» و CMS، نشانه‌هایی از احتمال وجود ذره‌ای جدید، در بازه جرمی 130 تا 150 گیگاالکترون‌ولت یافته‌اند (از آنجا که جرم و انرژی قابل تبدیل به همدیگرند و این رخداد در جهان ذرات زیراتمی کاملاً محسوس است؛ از واحدهای انرژی برای بیان جرم ذرات استفاده می‌شود). هرچند که این داده‌ها خام‌تر از آن هستند که بتوان به پشتوانه‌شان، نتایجی قطعی ارائه داد؛ اما فیزیکدانان معتقدند که این ممکن است اولین خودنمایی رسمی ذره «هیگز بوزون» باشد؛ ذره‌ای که آن را به‌عنوان بنیان جرم ماده تلقی می‌کنند. این نتایج، دیروز طی کنفرانس فیزیک انرژی‌های بالای «یوروفیزیکس»، در گرنوبل فرانسه ارائه شد.

با این حال فیزیکدانانی که با سازوکار آزمایشات‌شان به‌خوبی آشنایی دارند، هشدارهایی هم می‌دهند: به‌گفته «متیو استراسلر» (Matthew Strassler)، که یک فیزیکدان نظری از دانشگاه راتگرز نیوجرسی است، هنوز تا «کشف» هیگز بوزون راه درازی باقی است و «من ترجیح می‌دهم این [شواهد] را امیدوارکننده بنامم».

در جست‌وجوی هیگز

ذره هیگز، از زمان پیش‌بینی‌اش در سال 1964، به‌عنوان مهم‌ترین ذره تحت تعقیب فیزیکدان شناخته می‌شود. هیگز، جزئی از فرآیندی به‌شمار می‌رود که به دیگر ذرات زیراتمی، کمیت معروفی به نام «جرم» عطا می‌کند. مدل استاندارد ذرات زیراتمی هم که تاکنون با دقت اعجاب‌آوری به تأیید رسیده، نیازمند ذره هیگز (و یا چیزی شبیه به آن) است تا به وحدت نیروی ضعیف هسته‌ای (که واپاشی هسته‌ای را موجب می‌شود) و نیروی الکترومغناطیسی (که هدایت‌گر نیروهای الکتریسیته و مغناطیس و همچنین نور به‌شمار می‌رود)، موجودیت ببخشد.

فیزیکدانان حوزه ذرات پرانرژی، برای تعقیب این ذره اقدام به ساخت ماشین LHC کرده‌اند؛ یک تونل حلقوی 27 کیلومتری که در قرارگاه اصلی «سازمان تحقیقات هسته‌ای اروپا» (CERN)، در نزدیکی شهر ژنو سوئیس واقع شده است. LHC، پروتون‌ها را تا سرعتی نزدیک به سرعت نور شتاب می‌بخشد و بعدش آن‌ها را به‌ هم می‌زند. این برخوردهای مهیب، می‌توانند در مدت‌زمان به شدت کوتاهی، به تولید ذرات سنگین‌تر از پروتون بیانجامند. این ذرات سنگین هم در کسری از ثانیه به ذرات ریزتر وامی‌پاشند و حسگرهای غول‌پیکر مستقر در گرداگرد تونل، آثار غیرمستقیم حضورشان را شکار می‌کنند.

حال، دو حسگر اصلی LHC، یعنی اطلس و CMS، از ذرات واپاشیده بیشتری در بازه 130 تا 150 گیگاالکترون‌ولت حکایت می‌کنند و این داده‌ها درست در بازه‌ای واقع شده که دانشمندان انتظار وجود هیگز بوزون را در آن می‌کشند. آمارهای فعلی، هنوز آنقدر دقیق نیست که بتوان به پشتوانه‌‌اش، نتایج قطعی گرفت. ممکن است این سیگنال مرموز، دیگر هرگز تکرار نشود. «گویدو تونلی» (Guido Tonelli)؛ سخنگوی حسگر CMS، می‌گوید: «واقعاً باید محتاط و روش‌مند عمل کنیم». به‌گفته تونلی، در ماه‌های آتی، توجه CMS معطوف به اثبات درستی یا نادرستی این آمارهای نامتعارف خواهد شد.

«فابیولا جیانوتی» (Fabiola Gianotti)؛ سخنگوی حسگر اطلس نیز این گفته‌ها را تایید می‌کند و می‌گوید: «فکر کنم باید فوق‌العاده مراقب باشیم». به‌گفته او، این داده‌ها و سایر آمارهای نامتعارفی که در حوزه انرژی‌های بالا گزارش می‌شود، اصلاً ممکن است با جمع‌آوری داده‌های بعدی، کاملاً تصادفی از آب درآمده و دیگر هرگز تکرار نشود.

این داده‌ها، بیشترین رشد جمعیتی ذرات واپاشیده شده را به ذراتی موسوم به «W بوزون»ها نسبت می‌دهند. این ذرات، به تعادل نیروی ضعیف هسته‌ای کمک می‌کنند و طبق نظریات فعلی، ذره هیگز (در صورت وجود) به دو W بوزون تجزیه خواهد شد. هردو این حسگرها، داده‌های کاملاً نامتعارفی که حاکی از افزایش آمار جفت همین ذرات است را نشان داده‌اند؛ اما وفور داده‌ها به حدی نبوده که یک سیگنال بارز از خود به جا بگذارد. ضمناً نحوه واپاشی W بوزون‌ها هم به‌گونه‌ای است که نمی‌توان از طریقش به جرم دقیق هیگز بوزون پی برد.

به‌گفته استراسلر، اگر حتی این داده‌ها را یک سیگنال مشخص هم بدانیم، احتمال ارائه نتیجه‌گیری‌های نادرست هنوز وجود دارد. پیش‌بینی شمار دقیق شرایطی که طی آن یک ذره به W بوزون‌ها تجزیه می‌شود، امر دشواری است؛ و مدل استاندارد، اساساً برای توضیح چنین آماری نیازمند بازبینی است.

این تصورات، تا چند ماه آینده به سرعت دگرگون خواهد شد، اما فعلاً به قول «ویوک شارما» (VivekSharma)، پژوهشگری از دانشگاه کالیفرنیا-‌سن‌دیه‌گو و سرپرست پژوهش‌های مرتبط با ذره هیگز در حسگر CMS، در LHC قرار است آتش‌بازی بزرگی به راه بیفتد. نتایج اطلس و CMS، ماه آینده طی نشست «لپتون فوتون» در شهر بمبئی هندوستان با هم تلفیق خواهد شد. داده‌هایی هم که طی پاییز و زمستان سال جاری به دست خواهد آمد، یا صحت این سیگنال را تأیید می‌کنند و یا یک‌ بار برای همیشه اعلام می‌کنند که نبایستی در بازه‌های جرمی اندک به دنبال ذره هیگز بوزون گشت.

تونلی می‌گوید: «هیجان‌زده‌ هستم! ما بالغ بر 20 سال در این حوزه فعالیت کرده‌ایم و حال، تنها طی چندین ماه به پاسخ‌مان خواهیم رسید.»

منبع: Scientific American

توضیح تصویر:
شتاب‌دهنده LHC، در مراحل ساخت / منبع: CERN