خبرگزاری ذرات

پزشک‌ها برای هر دردی، داروی ویژه و جداگانه‌ای دارند و یک راه برای درمانش؛ سرت درد می‌کند، این قرص را بخور، پایت درد می‌کند، آن یکی قرص را، دندانت خراب شده، بکش بیندازش دور. اما فیزیکدانان از اینکه برای هر اتفاقی یک دلیل خاص و برای هر مساله‌ای یک راه حل جداگانه پیدا کنند، خوششان نمی‌آید. فیزیکدانان دلشان می‌خواهد کلیدی بسازند که همه درهای دنیا را باز کند یا لااقل خیلی از درها را. این علاقه‌شان، بفهمی نفهمی از تنبلی‌شان هم آب می‌خورد، ولی چون تنبل‌های باهوشی بودند و هستند، بالاخره راهش را پیدا کردند. آنقدر گشتند و چون و چرا کردند و جلو رفتند تا همه اتفاق‌های دنیا را فقط با 3 دلیل توضیح دادند، این شد 3 تا کلید که همه درها را باز می‌کرد، بعد هم کل دنیا را ریختند توی یک جدول 20، 30 خانه‌ای و گفتند: «بفرمایین! همه دنیا از همین ذره‌های بنیادی ساخته شده». در دنیا، هر لحظه هزار جور اتفاق می‌افتد. روی زمین نشسته‌ایم، نه تویش فرو می‌رویم نه معلق می‌شویم توی هوا. با خودکار روی کاغذ می‌نویسیم. پروتون‌ها و نوترون‌ها توی هسته‌ اتم نشسته‌اند و الکترون‌ها دورشان می‌گردند. بخاری هوا را گرم می‌کند. مسؤول هر اتفاق، یکی یا چند تا از نیروهای بنیادی‌اند. اگر داستان به جرم مربوط باشد، نیروی گرانش سر و کله‌اش پیدا می‌شود؛ اینکه روی زمین می‌مانیم و در هوا معلق نمی‌شویم به‌خاطر نیروی گرانش است. اگر به بار الکتریکی و نیروهای بین اتم‌ها و ملکول‌ها مربوط باشد، مسؤولش نیروی الکترومغناطیسی است؛ اینکه می‌توانیم با خودکار روی کاغذ بنویسیم هم به نیروی الکترومغناطیس مربوط است. اگر قضیه فقط مربوط به هسته اتم و نوترون‌ها باشد، 2نیروی دیگر می‌آیند وسط؛ هسته‌ای قوی و هسته‌ای ضعیف. تا حالا همه‌ چراهای دنیا را جواب داده‌ایم، اما یک سوال دیگر هم می‌شود پرسید: «این چیه؟» هزار جور ماده مختلف در دنیا وجود دارد. هر کدام هم اسم خودش را دارد. اما اگر از یک فیزیکدان بپرسیم دنیا از چی ساخته شده، جدول جادویی‌اش را نشان می‌دهد و می‌گوید: «از همین چند ذره.» فیزیکدانان همیشه جواب‌های قشنگی برای هر سوالی دارند؛ قشنگ و بنیادی! ذره‌هایی که دنیا را می‌سازند، 2 دسته‌اند؛ آنهایی که تحت تأثیر نیروی هسته‌ای قرار می‌گیرند و آنهایی که قرار نمی‌گیرند. دسته اول اسمشان، «کوارک» است و دسته دوم «لپتون». مثلاً الکترون نوعی لپتون است، اما پروتون و نوترون هر کدام از 3 کوارک ساخته می‌شوند. هر ذره برای خودش یک پادذره دارد. خصوصیات پادذره معکوس ذره است. مثلاً اگر بار الکتریکی ذره مثبت باشد، پادذره منفی است. خصوصیاتی هم که معکوس ندارند، در هر دوی آنها عین هم است. مثلاً جرم هر ذره با پادذره‌اش برابر است. مثل خواهر و برادر دوقلویی که همه چیزشان عین هم است، فقط یکی دختر است و یکی پسر! ذره و پادذره بدجوری به هم وصل‌اند. اگر قرار باشد یک ذره به وجود بیاید، حتماً باید پادذره‌اش هم به وجود بیاید (انرژی = ذره + پادذره) و اگر قرار باشد نابود شود، حتما باید پادذره‌اش هم نابود شود. در واقع وقتی ذره و پادذره به هم می‌خورند، هر 2 نابود می‌شوند و انرژی تولید می‌کنند (ذره + پادذره = انرژی) و این خاصیت مهم ذرات ماده است. همه ذرات دنیا را می‌توانیم با همین ذره‌های بنیادی بسازیم. تا حالا فهمیدیم که هر چی توی دنیا هست از تعدادی ذره بنیادی درست شده (اسم و تعدادشان خیلی هم برای‌مان مهم نیست!) و هر اتفاقی توی دنیا می‌افتد، اثر یکی از نیروهای بنیادی است. حالا باید جواب این سوال را پیدا کنیم که این نیروهای بنیادی چطور به آن ذره‌های بنیادی وارد می‌شوند تا در دنیا اتفاقی بیفتد. جواب این است: دنیا در واقع یک خبرگزاری بزرگ است که در هر لحظه هزاران هزار خبر تویش رد و بدل می‌شود؛ هر اتفاق یعنی یک خبر. خبرها دسته‌بندی می‌شوند به خبرهای گرانشی، خبرهای الکتروضعیف (خبرهای الکترومغناطیسی + هسته‌ای ضعیف) و خبرهای هسته‌ای قوی (که در واقع همان دسته‌بندی نیروهای بنیادی است). هر دسته خبری را پیک‌های مخصوص همان دسته می‌برند و پیک‌های دسته‌های مختلف با هم قاطی نمی‌شوند. به این پیک‌ها ذره‌های پیمانه‌ای می‌گوییم. مثلا الکترون برای پروتون خبر می‌فرستد که بیاید طرفش. ذره‌ای که این خبر را می‌برد فوتون یا در واقع همان نور است. پس الکترون و پروتون هر وقت بخواهند به هم نیرو وارد کنند، برای هم فوتون می‌فرستند. این فوتون با سرعت نور از یک ذره به ذره‌ دیگر می‌رود. وقتی فوتون به ذره‌ دوم رسید، او خبردار می‌شود که در نزدیکی‌اش الکترونی وجود دارد. در واقع تازه آن موقع است که الکترون را می‌بیند و نیروی جاذبه بهش وارد می‌شود. ذره‌های پیمانه‌ای انواع مختلف دارند. گاهی مثل چسب می‌مانند و موجب می‌شوند ذرات بنیادی همدیگر را جذب کنند، گاهی هم موجب می‌شوند ذرات بنیادی همدیگر را هل بدهند. اینکه نیروی بنیادی، همیشه جاذبه باشد یا گاهی جاذبه و گاهی دافعه، بستگی به نوع ذره پیمانه‌ای دارد. خبرهای گرانشی را ذره‌هایی به نام گراویتون (G) به جرم‌ها می‌رسانند. گراویتون‌ها ذرات عجیب و غریبی هستند که خوب نمی‌شناسیم‌شان، اما همیشه موجب می‌شوند 2 تا جرم همدیگر را جذب کنند. خبرها را تا فاصله‌های خیلی دور هم می‌توانند ببرند ولی چسب‌شان آنقدرها قوی نیست، یعنی گرانشی بردش بی‌نهایت است اما اصولا نیروی چندان قوی‌ای نیست. خبرهای هسته‌ای قوی را گلوئون‌ها می‌برند. گلوئون، 2 تا پروتون را به هم، 2 تا نوترون را به هم، یا یک نوترون را به یک پروتون می‌چسباند. اصلاً گلوئون یعنی چسبونکی! همین ذره‌ها موجب می‌شوند پروتون‌های توی هسته که همدیگر را دفع می‌کنند، بتوانند کنار هم بمانند. اینها فقط می‌توانند در فاصله‌های خیلی خیلی کوتاه خبر ببرند، اما چسب‌شان حسابی قوی است. پس نیروی هسته‌ای قوی یک نیروی کوتاه‌برد است که فقط در ابعاد هسته(و نه حتی اتم) اثر می‌کند اما در این محدوده خیلی خیلی قوی است. از همه شلوغ‌تر هم بخش الکترو ضعیف است و 4 ذره پیمانه‌ای و+W و -W و (همان فوتون) دارد که چسب‌شان قوی است، اما معمولاً از گلوئون ضعیف‌تر است. بعضی‌هاشان فقط تا فاصله‌های کوتاه و بعضی‌هاشان تا فاصله‌های خیلی دور خبر می‌برند. ذره‌های دیگری هم وجود دارند که نه مثل ذرات پیمانه‌ای خبر می‌رسانند و نه مثل ذرات مادی پادماده دارند. به خاطر همین هم دسته‌ جدایی از ذرات را تشکیل می‌دهند، خودشان تنهایی به وجود می‌آیند و از بین می‌روند که به آنها می‌گوییم ذره‌ هیگز. همه‌ ذرات دیگر را در آشکارسازها دیده‌ایم و خصوصیاتی که برای‌شان پیش‌بینی می‌کردیم را با نتایج آزمایش تطبیق داده‌ایم. این مطابقت در واقع نشانه‌ درستی نظریه‌هایی است که تاکنون درباره‌ فیزیک ذرات ساخته‌ایم. وجود ذره‌ هیگز و خصوصیات آن هم در همین نظریه و برای پاسخ به سوالات مهمی پیش‌بینی‌ شده است اما هنوز نتوانسته‌ایم آن را در آزمایشگاه ثبت کنیم. هدف اصلی راه‌اندازی LHC ثبت وجود هیگز و اندازه‌گیری‌ خصوصیات آن بوده است. در مقاله‌ «همه‌ آنچه باید درباره LHC بدانید!» کمی بیشتر درباره‌ هیگز حرف زده‌ایم.