آنچه برخورد دهنده هادرونی بزرگ می تواند بیابد

عصر ايران/ بزرگترين شتاب دهنده جهان براي دور ديگري از برخورد ذرات با يکديگر در سرعتي نزديک به سرعت نور آماده مي شود. پس از وقفه اي دوساله براي ارتقا، برخورد دهنده هادروني بزرگ (LHC) در سال جاري ميلادي فعاليت خود را از سر خواهد گرفت و انتظار مي رود دو برابر قدرتمندتر از دور نخست فعاليت خود باشد. آنچه برخورد دهنده هادروني بزرگ مي تواند بيابد برخورد دهنده هادروني بزرگ در سال 2012 به يافتن شواهدي درباره بوزون هيگز، ذره اي که گمان مي شد چگونگي شکل گيري ذرات ديگر را توضيح دهد، کمک کرد. اين کشف از محاسبات نظري که دهه ها پيش شکل گرفته بودند، پشتيباني کرده و موجب تقويت "استاندارد مدل"، چارچوب فعلي فيزيک ذرات شد. با راه اندازي مجدد برخورد دهنده هادروني بزرگ در سال جاري ميلادي، اين دستگاه به انرژي 13 تريليون الکترون ولت خواهد رسيد و جريان توليدي آن براي ذوب يک تن مس کافي است. انتظار مي رود اين دور از فعاليت هاي برخورد دهنده هادروني بزرگ تا سال 2018 ادامه يابد. در يک شتاب دهنده ذره، جرياني از پروتون ها - به طور معمول هيدروژن يا چيزي سنگين‌تر مانند سرب - توسط ميدان مغناطيسي در حلقه اي به طول 27 کيلومتر شتاب مي گيرند. ذرات به سرعتي اندکي کمتر از سرعت نور رسيده و سپس با يکديگر برخورد مي کنند. اين برخوردها موجب شکل گيري ذرات درون اتمي و پرتو افشاني مي شود که نشانه هايي درباره اجزا تشکيل دهنده ماده فراهم مي کنند. برخي از اين ذرات جديد هستند و خارج از چنين برخوردهايي مشاهده نشده اند زيرا در کسري از ثانيه به انواعي آشناتر تبديل شده و يا فرو مي پاشند. به عنوان مثال، شتاب دهنده هاي ذره نشان داده اند که پروتون ها از کوارک ها ساخته شده و بوزون هاي W و Z را توليد کرده اند که نيروي هسته اي ضعيفي درگير در تجزيه راديواکتيو را حمل مي کنند. بر همين اساس است که فيزيکدانان انرژي هاي بيشتر را مد نظر قرار داده اند. انرژي بيشتر در برخوردها برابر با ذرات سنگين توليد شده بيشتر است که به معني شانس بيشتر براي پديدار شدن نتيجه اي جذاب است. در ادامه چهار مورد که دانشمندان اميدوارند طي دور دوم فعاليت برخورد دهنده هادروني بزرگ به آنها دست يابند را ارائه مي کنيم. شرکاي اَبَرمتقارن ابرمتقارن نظريه يا مجموعه اي از نظريه ها است که بيان مي کند ذرات که به دو کلاس بوزون ها و فرميون ها تقسيم شده اند به يکديگر مربوط هستند و هر ذره داراي يک شريک است. اين به معناي آن است که بوزون ها داراي يک شريک فرميون هستند و همه فرميون ها داراي شرکاي بوزون هستند. به عنوان مثال، گلوينو شريک ابرمتقارن گلوئون است. گلوئون ها حامل نيروي هسته اي قوي هستند که پروتون ها و نوترون ها را در کنار هم نگه مي دارد و از اين رو آنها بوزون ها هستند. در نتيجه، گلوينوها فرميون ها محسوب مي شوند. با اين وجود، شرکاي ابرمتقارن تاکنون شناسايي نشده اند. فيزيکدانان اميدوارند در دور دوم فعاليت برخورد دهنده هادروني بزرگ شاهد شرکاي ابرمتقارن باشند. بيش از يک هيگز؟ بوزون هيگز يک مشکل عمده براي "استاندارد مدل" را حل کرد اما پرسش هاي مهم ديگري را نيز شکل داد. بنابر نظريه ها ممکن است بيش از يک نوع وجود داشته باشد و دور دوم فعاليت برخورد دهنده هادروني بزرگ شايد به اين که چه تعداد بوزون هيگز وجود دارد، پاسخ دهد. ماده تاريک ماده تاريک يکي از چيزهاي مرموزي است که حدود 25 درصد از جرم و انرژي عالم را شکل مي دهد. ماده تاريک تنها از طريق گرانش با اشيا تعامل دارد. بر همين اساس، شناخت و درک اين که ماده تاريک چه چيزي است دشوار مي شود. با اين وجود، برخورد دهنده هادروني بزرگ ممکن است انرژي کافي براي ايجاد ذره ماده تاريک در يکي از برخوردها را توليد کند. ماده تاريک از نظر الکتريکي خنثي خواهد بود (بدون بار مثبت يا منفي) و در چند ثانيه از بين نمي رود. حل کردن برخي مشکلات بينگ بنگ با استفاده از پرتوهاي پروتون سنگين‌تر مانند طلا يا سرب، برخورد دهنده هادروني بزرگ به فيزيکدانان اجازه خواهد داد شرايطي مشابه با تنها چند ميلياردم يک ميلياردم يک ميلياردم ثانيه پس از تولد عالم را مشاهده کنند. بررسي چگونگي رفتار مواد تحت اين شرايط مي تواند بينش هايي به چگونگي تکامل عالم و شکل گيري ظاهر فعلي آن ارائه کند.