آنچه باید در مورد شتاب‌دهنده‌های ذرات بدانید

جالب است بدانید که بزرگ‌ترین مرکز تحقیقاتی و سازه‌ی موجود در جهان برای بررسی بنیادی‌ترین اجزای طبیعت ساخته شده است و اینترنت جهانی که امروزه در دسترس اکثریت مردم جهان قرار دارد، در سرن برای به اشتراک‌گذاری داده‌ها‌ی آزمایشگاهی بین دانشمندان اختراع شده است. فیزیک‌دان‌ها‌ی ذرات بنیادی به دو گروه تقسیم می‌شوند، فیزیک‌دان‌ها‌ی تجربی که ماشین‌ها و دستگاه‌ها‌ی بزرگ می‌سازند، آزمایش انجام می‌دهند، داده‌ها را تحلیل می‌کنند و سعی در کشف پدیده‌ها‌ و ذرات جدید دارند. با توجه به اینکه الکترون‌ها به‌راحتی می‌توانند از سطوح بار‌دار با ولتاژ بالا گسیل شوند، برای ولتاژ اعمال‌شده به دستگاه، محدودیت وجود دارد و اینطور نیست که برای غلبه بر مشکل جرم ذرات، تنها ولتاژ دستگاه را بالا ببریم.

طول هر‌کدام از الکترود‌ها‌ی استوانه‌ای به فرکانس و توان منبع ذرات و همچنین به نوع ذرات مورد نظر وابسته است؛ الکترود‌ها‌ی نزدیک منبع، کوتاه‌تر هستند و با دور شدن از منبع، طول الکترود‌ها زیاد‌تر می‌شود. در شتاب‌دهنده‌ی بزرگ هادرونی هفت آزمایش به‌صورت هم‌زمان اجرا می‌شود که در این آزمایش‌ها از آشکار‌ساز‌ها‌ی مجزا برای بررسی توده‌ی پروتون‌ها‌ی برخورد کننده استفاده می‌شود. مدل استاندارد شامل ۶۱ ذره‌ی بنیادی است و ذره‌ی هیگز، سال‌ها عنصر گم‌شده‌ی این مدل بود که با پیدا شدن آن در سال ۲۰۱۲، پازل مدل استاندارد تکمیل شد و تاکنون مورد استفاده‌ی فیزیکدانان است.

بنابر این انرژی دو پروتون برخوردکننده می‌تواند با هم جمع شود و ذرات سنگین جدیدی مثل کوارک سر (سنگین‌ترین ذره‌ی بنیادی کشف‌شده) و دیگر ذرات بنیادی طبیعت را به‌ وجود بیاورد. قسمت بعدی تشکیل‌دهنده‌ی شتاب‌دهنده‌ی خطی، یک استوانه‌ی خلأ است که هوای آن به‌وسیله‌ی پمپ تخلیه می‌شود و طول یک شتاب‌دهنده‌ی خطی با توجه به  آن تغییر می‌کند. در این تونل بزرگ، لوله‌ها‌یی قرار دارند که هوای آن‌ها کاملا تخلیه شده است و دو دسته از پروتون‌ها در این تونل بزرگ، شتاب می‌گیرند و از روبه‌رو با یکدیگر برخورد می‌کنند. برای مثال اگر بخواهیم از الکترون‌ها به‌عنوان ذرات شتاب‌دار استفاده کنیم، باید آن‌ها را از روش‌ها‌یی از جمله کاتد سرد، کاتد گرم، فوتو‌کاتد یا تابش رادیویی تأمین کرد.

پارس ناز پورتال

گام بزرگ بعدی برای فیزیک برهمکنش های اساسی در درک ماهیت ماده تاریک خلاصه می شود: ماده تاریک از چه چیزی ساخته شده است؟ چند نوع ذره مختلف در آن وجود دارد؟ برهمکنش آنها با یکدیگر چگونه اتفاق می افتد؟ چگونه با ماده شناخته شده برهمکنش می کنند؟ آیا میتواند در توضیح تکامل جهان اطلاعاتی را در اختیار ما قرار دهد؟. پروفسور بروس ملادو رهبر گروه تحقیقاتی فیزیک پر انرژی در دانشگاه ویتز خاطر نشان کرد: « بر پایه ی یک سری ویژگی های حاصل از آزمایشات در مرکز شتاب دهنده بزرگ و داده های گردآوری شده تا پایان سال ۲۰۱۲ میلادی، گروه محققان دانشگاه ویتز با همکاری دانشمندانی از کشورهای هند و سوئد توانست.

کشف ذره بوزون هیگز در مرکز شتاب دهنده هاردونی بزرگ دروازه های علم فیزیک را به روی اکتشافات تکان دهنده ی بیشتری باز کرد که از جمله آنها می توان به مشاهده ذرات بنیادی جدیدی اشاره کرد که با نیروها و ذرات ناشناخته ارتباط داشته اند. فیزیک کلاسیک در توضیح تعدادی از پدیده ها ناکام مانده و در نتیجه، بایستی با مفاهیم جدید و انقلابی در آن ایجاد شود، مفاهیمی نظیر نسبیت و فیزیک کوانتومی که تمامی اینها زمینه ساز به وجود آمدن فیزیک مدرن شد.  دانشمندان گروه فیزیک پر انرژی (HEP) دانشگاه ویتواترسند در ژوهانسبورگ وجود ذره بنیادی جدیدی را پیش بینی می کنند: ذره بنیادی جدید با عنوان ” مادالا “(Madala) می تواند در درک بهتر ماده تاریک موثر واقع شود.

» تیم تحقیقاتی مادالا در دانشگاه ویتز متشکل است از حدود ۳۵ دانشجوی اهل آفریقای جنوبی، آفریقا و محققانی که هم اکنون در خصوص بررسی داده های ارسال شده از آزمایشات شتاب دهنده هستند. این گروه از محققان با بهره‌گیری از داده های بدست آمده از یک سری آزمایشات که به کشف و اولین کاوش در خصوص ذره بنیادی هیگز در سازمان تحقیقات هسته ای اروپا منجر شد،. جرمی که امکان لمس، مشاهده و بوییدن آن برای ما وجود دارد، جرمی که به کمک ذره بنیادی هیگز توضیح داده می شود، تنها ۴% از سهم جرم-انرژی جهان را به خود اختصاص می دهد. با پیش بینی فرضیه مادالا، گام های بزرگی برداشته شد و هم اکنون دانشمندان جوان گروه فیزیک پر انرژی دانشگاه ویتز به کاوش های خود در این زمینه ادامه می دهند.

خرید کتاب شتاب دهنده ها ذرات بنيادي

مسئولیت وجه پرداخت شده توسط کاربر با مدیریت پرتال بوده و در صورتی که کتاب برای کاربر ارسال شده و مشکلی نباشد، وجه کتاب به ناشر پرداخت خواهد شد در غیر این صورت تا تعیین تکلیف نهایی، وجه کتاب در حساب انجمن باقی مانده و چنانچه کاربر ذی حق باشد، وجوه پرداختی به حساب کاربر برگشت داده خواهد شد. در زیر تصویر کتاب، قیمت پشت جلد و قیمت خالص بعد از اعمال تخفیف، اعلام شده و با ورود به داخل هر کتاب، کاربر می تواند علاوه بر اطلاعات شناسنامه ای، به چکیده کتاب، فهرست مطالب و موضوع های آن دسترسی داشته باشد. در ذیل این اطلاعات، فهرست کتابفروشی های ناشر که کتابهای وی را در تهران و شهرستانها به فروش می رسانند همراه با نشانی و تلفن، ارائه شده و کاربر می تواند کتاب خود را از کتابفروشی های محلی تهیه نماید.

درصورتی که حداکثر ظرف ده روز از تاریخ خرید، اعلامی مبنی بر عدم دریافت یا عدم رضایت از کتاب خریداری شده از طرف کاربر به پرتال اعلام نگردد، خرید مذکور از طرف پرتال، صحیح و کامل تلقی می گردد. لازمه این کارکرد آن است که کاربران بتوانند با کمک سیستم های جستجو با وارد کردن کلید واژه هایی از عنوان، نویسنده یا ناشر کتاب به منابع متعدد از ناشران مختلف دسترسی داشته و خرید نمایند. مثلا کاربر می تواند یا استفاده از جستجوی پیشرفته و موضوع بندی موجود به اطلاعات کتاب های یک موضوع خاص که برای نخستین بار در سال جدید منتشر شده دسترسی داشته و برای خرید انتخاب نماید. بعد از پرداخت وجه توسط کاربر، سیستم ادمین پرتال، بطور خودکار، سفارشات هر ناشر را برای وی ارسال کرده و ناشران می توانند از طریق آیکون (ورود ناشر) به سفارشات خود دسترسی داشته باشند.

در جستجوی پیشرفته علاوه بر امکان وارد کردن اطلاعات بیشتر و جداسازی خاص تر می توان از تقسیم بندی و رده بندی حوزه های مختلف علمی نیز استفاده کرده و به نتایج مطلوب تری رسید. ناشر با ارسال کتاب یا کتاب های خریداری شده، اطلاعات پستی مربوطه را اعلام داشته و در صورتی که به هر دلیلی امکان ارسال کتاب نداشته باشد، آیکون (برگشت وجه) را علامت می زند. تا قبل از پرداخت وجه، سبد خرید موجود با عنوان (در حال بررسی) در فهرست سفارشات کاربر نمایش داده شده و از طریق آیکون (پرداخت) امکان نهایی شدن خرید وجود دارد.  پیشنهاد می گردد کاربر در بدو ورود از آیکون (ورود کاربر) در بالای صفحه اصلی، استفاده کرده تا در حین خرید نیازی به وارد کردن کد و رمز خود نداشته باشد.

فیزیک هسته ای و مقالات و مطالب ...

در آن زمان سوال برای دانشمندان فیزیک هسته ای این بود که آیا این امکان وجود دارد که با اعمال اختلاف پتانسیل بتوان ذرات اتمی را با انرژی و شتاب زیاد به هدفی برخورد داد که به تولید و تحقیق درباره عناصر مصنوعی مورد نظرپرداخته شود؟ تئوری اثر تونل نتیجه و راهبردی بود که توسط گامو به رادفورد پیشنهاد گردید و سپس با اختیارات واگذار شده از سوی رادفورد به کاک کرافت و والتون اولین تلاشها در این راستا به عمل آمد. بنابراین دراین راستا، دانشمندان فیزیک هسته ای می باید در جستجوی دستیابی به باریکه هایی از ذرات باردار وپر انرژی باشند که پاسخ در نیاز به انرژی های چند مگا الکترون ولت ودر بعضی موارد، به دلیل طبیعت ماده، انرژی چندین گیگا الکترن ولت را برآورده سازد.

حجم و ابعاد شتابدهنده ها از حدود یک متر تا اندازه یک شهر با کاربردهایی جهت حل پیچیده ترین موضوعات دنیای فیزیک هسته ای از ذرات فیزیک بنیادی، تا کاربردهای پزشکی، صنعتی، زیست محیطی و نانو تکنولوژی را شامل میشود. اگر یونها یک بار داشته باشند، مثل پروتن یا دوترون، انرژی جنبشی آنها در هنگام ورود به الکترود منفی حدود یک الکترون ولت می باشد که برابر است با اختلاف بالقوه هر ولت بین دو الکترود. در هر صورت، این سدها یکی پس از دیگری مرتفع گردید و امروزه ذرات را با سرعت نزدیک به سرعت نور وبا انرژی های حتی یک تریلیون الکترون ولت در شتاب دهنده های کوچک و بزرگ شتاب می دهند.

زمانی که دانشمندان فیزیک هسته ای سخت مشغول مطالعات ذرات بنیادی و تبدیل اتم به اتم دیگری بودند،ایده بمباران هسته اتم به عنوان هدف توسط ذره های باسرعت بالا شکل گرفت. در اینجا مشکل شتاب دادن ذرات تولید شده با انرژی های بالایی دارند که نیاز به ولتاژ بالا دارد، ولتاژ بالا هم دارای مشکل نگهداری وعایق کاری الکتریکی است. اگر ولتاژ بالاتری تامین شود، پروتون به مقدارE الکترون ولت انرژی دریافت می کندو صرف نظر از طول لوله شتابدهنده اختلاف Eولت میشود. طبیعی بود که اعمال این اختلاف پتانسیل، فقط روی ذرات باردار، آنهم در میدان های الکتریکی یا مغناطیسی میتواند میسر باشد.

در پی بنیادی‌ترین سوالات بشر: در دل شتابدهنده‌ها چه خبر است؟

سیستمی که از طریق آن در حال مطالعه این مطلب هستید، لباسی که تن شماست، صندلی که روی آن نشسته‌‎اید و غذایی که می‎خورید، از اتم‌‎هایی تشکیل شده‌‎اند که در قدیم فرض می‎شد بنیادی‎‌تر از آنها وجود ندارد و کوچک‎ترین ذرات سازنده همه چیز در جهان هستند؛ اما امروزه می‎دانیم ذرات بسیار کوچک‎تر دیگری هم وجود دارند که اتم از آن‎ها ساخته شده ‎است. شتاب دادن ذراتی که می‎‌شناسیم و برخورد دادن‎شان با یگدیگر گاهی ذرات تازه‌‎ای را به وجود می‌‎آورند که پیش‌تر نمی‎‌شناختیم؛ اما کار فیزیک‎دان‎‌های ذرات این است که بر اساس خواص و ویژگی‎‌هایی که ذره‎‌ها دارند بتوانند آن‌ها را پیش‌‎بینی کنند و به این ترتیب تکه‎‌های ناشناخته پازل را کامل کنند.

این که چرا مواد دارای جرم هستند و در اثر چه فرایندی در اولین لحظات شکل گیری عالم ماده جرم دار به وجود آمده است؟ «بوزون هیگز» در پاسخ گویی به موجودیت دنیا و وجود ماده ای که جرم دارد، آن قدر حائز اهمیت بود که دو دانشمندی که در کشف این ذره مهم نقش داشتند، برنده جایزه نوبل فیزیک شدند. یک گروه مدام در آزمایشگاه در حال تجربه و آزمایش هستند، داده‌‎ها را تحلیل می‎‌کنند و سعی در کشف و بررسی ذرات جدید دارند و گروه دیگر فیزیک‎دان‎‌های نظری هستند که تلاش می‎‌کنند پدیده‎‌های درون آزمایشگاه را توصیف کنند و دلایل رخ دادن پدیده‎‌ها را توضیح بدهند. شاید از خودتان بپرسید اصلا چرا باید ذرات خیلی کوچک درون اتم‎‌ها را با هم برخورد بدهیم تا ببینیم چه اتفاقی می‌‎افتد؟ یا به این فکر کنید که تکمیل شدن جدول ذرات بنیادین در فیزیک چه تفاوتی در زندگی ما ایجاد می‎کند یا اصلا چرا این همه برایش هزینه می‎‌شود؟.

این که شواهد نشان می دهد میزان ماده و پاد ماده موجود در عالم تقریبا با هم برابر است و این به معنای آن است که نباید جهان به شکل پایدار امروز وجود داشته باشد چرا که ماده و پاد ماده با مقدار حدودی مساوی، باعث خنثی شدن یکدیگر و در نهایت نابودی هم می شوند. بررسی ذرات مختلف مدل استاندارد در دل شتابدهنده‎‌ها و کشف رفتارهای‌شان کمک می‎‌کند تا ببینیم کیهان چه طور شکل گرفته ‎است؟ زیرا همین ذرات بودند که ساختارهای مختلف کیهانی را شکل دادند و به مرور آنچه امروز از عالم می‎شناسیم را پدید آوردند. در این روش اطلاعات به جای پردازش در داخل مرکز به چندین کامپیوتر در نقاط مختلف فرستاده می‌شود و هر کامپیوتری قسمتی کوچک از پردازش را انجام می‌دهد ولی در عوض مجموع این پردازش‌ها، انبوهی از اطلاعات پردازش شده و آماده مطالعه می‌شود.

منبع