جان ماتسون – چهارشنبه پنجم جولای ۲۰۱۲، نیویورک، شهری که هیچوقت نمی‌خوابد، ساکنان شهر، بیشترشان در خواب بودند. مشروب‌فروشی‌های شهر هم دیگر تعطیل کرده بودند. یک ربع مانده بود به پنج صبح که در یکی از کتابخانه‌های پردیس منهتن دانشگاه کلمبیا، مایکل توتس (Michael Tuts) داشت آماده می‌شد که بطری شامپاین‌اش را بترکانَد. این فیزیکدان، دلیل خوبی برای این‌کار داشت.
تیم عریض و طویلی که او هم عضوی از جمعیت سه‌هزارنفری‌اش بود و هم‌اینک مشغول کار بر حسگر غول‌آسای ATLAS در شتاب‌دهنده LHC هستند، خبر از کشف ذره جدیدی می‌داد. ذره‌ای که شباهت سرسام‌آوری به مشهورترین ذره زیراتمی، یعنی «هیگز بوزون» دارد و به‌نوعی توجیه‌گر جرم ذرات بنیادی دیگری نظیر کوارک‌هاست. دیگر حسگر مشابه واقع در همین شتاب‌دهنده، موسوم به CMS، که به لحاظ ابعاد هیچ کم از ATLSAS ندارد نیز به یافته‌های مشابهی رسیده بود.
هر دو گروه دانشمندان، نتایج یافته‌هایشان را طی یک سمینار صبحگاهی در مرکز تحقیقات هسته‌ایِ اروپا (CERN)، که متولی شتاب‌دهنده LHC نیز هست، ارائه کردند. اما صبحگاهی بودنِ این سمینار در شهر ژنو، بدین‌معنا بود که فیزیکدانان آمریکایی و دیگر رصدگرانی که کنجکاو بودند از خبرها اطلاع پیدا کنند، می‌بایست اطلاعات مربوطه را حوالی بامداد پی می‌گرفتند. توتس و دانشجویانش در دانشگاه کلمبیا تصمیم گرفته بودند در کتابخانه پردیس دانشگاه‌شان دور هم جمع شوند و تصاویر مستقیم دریافتی از CERN را به اتفاق یک فنجان قهوه و بیسکوئیت و چیپس و نوشیدنی‌های خوشمزه تماشا کنند. حدود۵۰ نفر، که اغلب‌شان را هم دانشجویان فیزیک تشکیل می‌داد، حوالی ساعت دو و نیم بامداد دیروز، در این نشستِ دوستانه حاضر شده بودند.
جمعی از دانشجویان دانشگاه کلمبیا، در حال تماشای کنفرانس چهارشنبه در خصوص کشف ذره هیگز بوزون
برخلاف برخی اعلامیه‌های ناقصی که طی سالیان گذشته در خصوص کشف «شواهدی» از ذره هیگز انتشار داده می‌شد و همه را هم بیش از گذشته گیج می‌کرد، این دفعه دیگر هیچگونه خبر مأیوس‌کننده‌ای منتشر نشد. به‌گفته فیزیکدانان ATLAS، آخرین داده‌های دریافتی از این حسگر، از حضور ذره‌ای ناشناخته با جرمی در حدود ۱۲۶/۵ گیگاالکترون‌ولت، یا ۱۲۶/۵میلیارد الکترون‌ولت خبر می‌داد. «الکترون‌ولت»، واحد جرم یا انرژی در حوزه فیزیک ذرات بنیادی به‌شمار می‌رود و در مقام مقایسه، یک پروتون، جرمی در حدود یک گیگاالکترون‌ولت دارد. پژوهش‌گرانِ CMS نیز از طرفی از وجود ذره‌ای با جرم حدوداً ۱۲۵/۳ گیگاالکترون‌ولت خبر دادند.
از حیث دقت محاسبات، این‌بار هیچ ایرادی به یافته‌های هر دو تیم وارد نبود. به‌قول فیزیکدانان، شواهدی که از وجود یک ذره نوظهور حکایت داشته باشد، به دقتی در حدود سه سیگما نیاز دارد که این یعنی شانس اینکه این مشاهدات، حاصل یک نوسان تصادفی در داده‌های دریافتی بوده باشند، باید حدود ۱ در ۷۴۰ باشد. به‌همین ترتیب، خطاهای آماری موجود پیرامون ادعای «کشف» یک ذره هم باید به حدود پنج سیگما برسد تا شانس تصادفی بودن مشاهدات دانشمندان، به ۱ در ۳/۵ میلیون کاهش یابد. در ماه دسامبر سال گذشته میلادی، سخنگویان هر دو گروهِ فیزیکدانان، از وجود «نشانه‌های جذاب و امیدوارکننده»ای که حاکی از ظهور یک ذره ناشناخته در انبوه داده‌های شتاب‌دهنده بود، ارائه کردند. اما دقت این نشانه‌ها در حد سه سیگما بود. یافته‌های جدید ATLAS، نه فقط این سطح دقت را پشت سر گذارده، که از حد طلایی و استاندارد پنج سیگما هم گذشته‌اند و داده‌های CMS نیز از طرفی با دقت ۴/۹ سیگما، سر به آستانه‌‌های یقین سائیده‌اند.
بعد از اینکه دو گروه، آخرین نتایج بررسی‌های خودشان را در خصوص کشف ذره هیگز بوزون اعلام کردند، توتس اظهار داشت که “این، ماحصل کار [ما]ست. همان‌چیزی که برایش کار کرده‌ایم”. شخص پیتر هیگز (Peter Higgs) هم که به اتفاق سایر فیزیکدانانِ برجسته‌ای که به این نظریه شکل بخشیده بودند از شرکت‌کنندگانِ در این سمینار بود، حرف مشابهی را بعد از اعلام کشفیات فیزیکدانان ATLAS و CMS اظهار کرد. او خطاب به حضار گفت: “واقعاً برایم باورنکردنی‌ست که این [کشف] در خلال عمرم اتفاق افتاد”. او در زمره شش فیزیکدانی‌ست که در دهه ۱۹۶۰میلادی، طرح فرآیندی که امروزه به «مکانیسم هیگز» معروف است را با ارائه فرضیه‌ای مبتنی بر وجود یک میدان جدید و ذره همراهش، مطرح نمود. این میدان، با اِعمال نوعی «اصطکاک» بر ذرات زیراتمی، باعث القای جرم به آن‌ها می‌شود و به همان‌نحوی که یک نفر هنگام راه رفتن در میانه آب، به مراتب از هنگامی‌که در میان هوا راه می‌رود، آهسته‌تر حرکت می‌کند؛ مانع از حرکت آزادانه ذرات زیراتمی می‌شود.
طرحی از نحوه ظهور ذرات ثانویه در پی برخورد دو پرتون در قلب حسگر ATLAS
خصوصیات ذره‌ای که خبر کشفش اعلام شده، با خصوصیات هیگز بوزون هم‌خوانی خوبی دارد؛ اما پژوهش‌گران هنوز انتظار شباهت‌های بیشتری را بین این ذره و آنچه که تحت عنوان «هیگز بوزون» پیش‌بینی شده را می‌کشند. با این‌همه، حسگرهای LHC قادر به تشخیص مستقیم هیگز بوزون نیستند. LHC، پروتون‌ها را پیش از اینکه به هم برخورد بدهد، با انرژی بی‌سابقه چهار تریلیون الکترون‌ولت (یعنی چهار تراالکترون‌ولت) شتاب می‌بخشد. از این برخورد، ذرات ثانویه‌ای زاده می‌شود که برخی از آن‌ها تا پیش از واپاشی‌شان به ذرات بنیادی‌تر، تنها برای لحظه کوتاهی عمر می‌کنند. در مورد ذره هیگز، فیزیکدانان فقط از روی خصوصیات ذرات آشناتری که به دنبالِ واپاشیدن‌اش آن‌ها را رها می‌کند – از قبیل فوتون‌های پرتو گاما یا جفت‌های الکترونی – موفق به شناسایی ِ آن می‌شوند. ذره نوظهور، جرمی مشابه هیگز دارد و به همان ذرات ثانویه‌ی پیش‌بینی‌شده هم فرومی‌پاشد؛ هرچند که از برخی ابهامات هنوز نمی‌شود گذشت. خوشبختانه هم‌اکنون داده‌های بیشتری هم در اختیار فیزیکدانان هست تا بر قطعیتِ کشف‌شان صحه بگذارند.
فابیولا جیانوتی (Fabolia Gianotti)، سخنگوی هیئت علمی ATLAS گفت: “ما فقط یک‌سوم اطلاعات مورد انتظارمان در سال ۲۰۱۲ را به ثبت رسانده‌ایم. هنوز اول کار است و چیزهای بیشتری در راه است”. هم جیانوتی و هم جو اینکاندلا (Joe Incandela) که سخنگوی هیئت علمی CMS از دانشگاه کالیفرنیا-سانتابارباراست، بعد از نمایش اسلایدهایی که نشان از از نتایج جستجوی‌شان در پی ذره هیگز می‌داد؛ با فوران تشویق حضار مواجه شدند.
برایان کول (Brian Cole)، از فیزیکدانان دانشگاه کلمبیا هم خطاب به حضار جشن بامدادیِ فیزیکدانان این دانشگاه، گفت: “کشفیات زیادی را مثل این نمی‌شود یافت. من اصلاً می‌گویم این، ماحصل کل آن چیزهایی بود که در طول دوران کاری‌ام به عنوان یک فیزیکدان به چشم می‌خورْد … لذا امیدوارم این [واقعه] را تا آخر عمرتان به یاد بسپارید”.
درست قبل از طلوع آفتاب، چهار دانشجوی دوره کارشناسی دانشگاه کلمبیا، از کتابخانه خارج شدند و به پردیس برگشتند. فقط دوتای‌شان دانشجوی فیزیک بودند – از دوتای دیگرشان، یکی ریاضی می‌خوانْد و دیگری شیمی. اما هرچهارتایشان قبول داشتند که تماشای پیشرفت تاریخ، ارزش یک شب بیدار ماندن را داشت.
در همین زمینه:
هیگز بوزون چیست و چرا مهم است؟
داده‌های امیدوارکننده به کشف ذره هیگز
آیا ذره متواریِ هیگز بوزون، به دام خواهد افتاد؟
ذره‌ای که خدا راضی به کشفش نیست