سازمان تحقیقات هسته ای اروپا (CERN)

 

مقدمه

سرن  یا سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای، بزرگ‌ترین آزمایشگاه فیزیک ذره‌ای جهان است که در سال ۱۹۵۴ در بخش شمال‌ شرقی شهر ژنو در کشور سوییس در مجاورت مرز فرانسه ایجاد شد. در حال حاضر بیست کشور اروپایی عضو این سازمان بوده و بیش از ۲۶۰۰ کارمند به طور تمام وقت و همچنین در حدود ۷۹۳۱ دانشمند و مهندس (به نمایندگی ۵۸۰ دانشگاه و مؤسسهی تحقیقاتی از ۸۰ کشور جهان) در آن مشغول به کارند.

فعالیت اصلی سرن ساخت تجهیزات شتابدهندهی ذرات و دیگر زیربناها و تجهیزاتی است که برای تحقیقات فیزیکی در انرژی‌های بالا استفاده می‌شوند. چهار آشکارساز بزرگ سرن، حاصل همکاری‌های بین‌المللی می‌باشند. مقر اصلی این سازمان واقع در میرن – یکی از شهرهای تابع ژنو – شامل یک مرکز رایانه‌ای نیز می‌باشد. این مرکز دارای امکانات پردازشی قدرتمندی می‌باشد و اختصاصاً برای بررسی داده‌های حاصل از آزمایش‌ها تعبیه شده است.
به عنوان یک تأسیسات جهانی، سرن نه تحت حوزهی قضایی و حکومتی دولت سوییس و نه تحت نظارت دولت فرانسه اداره می‌شود . کمک اعانهی کشورهای عضو در سال ۲۰۰۸ جمعاً معادل ۶۶۴ میلیون یورو و یا ۱ میلیارد دلار آمریکا بوده است.

دولت سوئیس بعنوان پایه گذار اصلی سرن (به همراه ۱۱ کشور اروپائی دیگر)در پنجاهمین سال تاسیس سرن و بعنوان هدیه، مرکزى به نام «جهان علم و نوآورى» را که یک مرکز شبکه اى جدید و نیز مکانى براى بازدید علاقه مندان است، به این سازمان اهدا کرد.

در این مرکز تحقیقات فیزیک هسته ای و ذرات بنیادی که مهمترین هدف آن “کشف رازهاى مبداء جهان”تعریف شده است هم اینک بیش از ۳۰۰۰ فیزیکدان و مهندس بعنوان کارکنان مقیم در زمینه های مختلف نظری و آزمایشگاهی مشغول بکار هستند.در سرن همچنین بیش از ۶۵۰۰ دانشمند از ۵۰۰دانشگاه از ۸۰کشور دنیا بصورت بازدیدهای کوتاه مدت به سرن می آیند که خود نشان از همکاری بزرگ و بی نظیر علمی دانشمندان و پژوهشگران عرصه علمی جهان دارد. به گفته «چارلز کلایبر» وزیر علوم و پژوهش هاى سوئیس، در۵۰ سال گذشته سازمان اروپایى تحقیقات هسته اى کانون همایش و ملاقات دانشمندان مختلف جهان با ریشه هایى از تمامى ملت ها، فرهنگ ها، مذاهب و اقوام بوده است. کلایبر در مراسم جشن پنجاهمین سالگرد تاسیس «سرن» گفت: “در این مرکز مناقشات و دشمنى هاى سیاسى به هیچ وجه راه ندارد و حکمفرمایى همین روحیه باعث شده است این سازمان بتواند در چگونگى شکل گیرى تفکر انسان نسبت به طبیعت و آغاز جهان کمک هاى قابل ملاحظه اى داشته باشد”.
به جز سوئیس ۱۱کشور اروپائی دیگر که در تاسیس پروژه سرن همکاری داشتند عبارت بودند از:
بلژیک،دانمارک،آلمان،فرانسه،یونان،بریتانیای کبیر،ایتالیا،یوگسلاوی،هلند،نروژ و سوئد.

و البته بعدها نیزکشورهای اطریش (۱۹۵۹)، اسپانیا (۱۹۶۱-۱۹۶۸ و بعد ۱۹۸۳)، پرتغال (۱۹۸۶)، فنلاند (۱۹۹۱)، لهستان (۱۹۹۱)، مجارستان (۱۹۹۲)، جمهوری چک (۱۹۹۳)، اسلوواکی (۱۹۹۳) و سرانجام بلغارستان (۱۹۹۹) به عضویت آن درآمدند.

این کشورها اعضای اصلی اداره کننده سرن هستند و از لحاظ اداری-مالی تامین کننده عمده هزینه های مالی سرن هستند.این کشورها سالیانه حداقل مبلغی بالغ بر ۵میلیون یورو پرداخت میکنند که صد البته بسیاری از این کشورها علاوه بر مبلغ حداقل فوق جهت هزینه های بسیاری از پروژه های سرن بصورت مستقیم و غیر مستقیم مبالغ دیگری در نظر میگیرند مثل آلمان و ایتالیا تاکنون فقط برای یکی از پروژه های سرن به اسم (LHC) تاکنون بیش از۳۰۰میلیون یورو هزینه کرده اند.

 

سازمان تحقیقات هسته ای اروپا (CERN)

سازمان تحقیقات هسته ای اروپا (CERN) بزرگ ترین مرکز تحقیقات فیزیک ذرات در جهان است که در سال 1954 به عنوان یکی از نخستین برنامه های مشترک بین کشور های اروپایی پایه گذاری شد. در حال حاضر CERN با داشتن بیست کشور عضو با 6500 نفر از دانشمندان فیزیک ذرات همکاری می کند. این تعداد که نیمی از کل متخصصین این رشته در جهان را تشکیل می دهند از بیش از هشتاد ملیت و پانصد دانشگاه مختلف هستند. فلسفۀ وجودی CERN اساساً عبارت است از فراهم آوری ابزار مورد نیاز دانشمندان برای مطالعۀ اجزاء تشکیل دهندۀ ماده و بررسی نیروهای پیوند دهندۀ این اجزاء. این ابزار شتابگرها و ردیاب ها هستند؛ شتابگرها ذرات را تا حدود سرعت نور شتاب می دهند و ردیاب ها ذرات را قابل رویت می کنند. دستگاه های عظیم شتابگر ذرات را تا سطوح انرژی بسیار بالا شتاب می دهند و دانشمندان را قادر می سازد برخورد این ذرات به یکدیگر را مورد مشاهده و بررسی قرار دهند. CERN از زمان آغاز به کار تا کنون دستیافت های مهمی داشته است که جوایز ارزنده ای از جمله جایزۀ نوبل را برای دانشمندانCERN  به ارمغان آورده است. معروف ترین این دستیافت ها شبکه جهانی اینترنت بوده است که در ابتدا برای افزایش سرعت مبادلۀ اطلاعات بین فیزیکدانان در مؤسسات و دانشگاه های مختلف در سراسر جهان ایجاد شد و اکنون میلیون ها کاربر با اهداف مختلف از آن استفاده می کنند.

اعضای فعلی CERN عبارتند از: اتریش، اسپانیا، اسلواکی، آلمان، انگلستان، ایتالیا، بلژیک، بلغارستان، پرتغال، جمهوری چک، دانمارک، سوئد، سوئیس، فرانسه، فنلاند، لهستان، مجارستان، نروژ، هلند، و یونان.

بعضی از کشورها یا سازمان های بین المللی که عضویت آنها امکان پذیر نیست و یا تا کنون عملی نبوده است عضو "ناظر" هستند. عضویت به عنوان ناظر به کشور های غیرعضو امکان می دهد در جلسات شورا شرکت کنند و اسناد شورا را در یافت کنند اما اعضای ناظر در جریان تصمیم گیری ها شر کت نمی کنند. کشور ها و سازمان های ناظر CERN در حال حاضر عبارتند از: آمریکا، ترکیه، روسیه، ژاپن، کمیسیون اروپا، و یونسکو.

علاوه بر این، دانشمدان 220 مؤسسه و دانشگاه از کشور های غیرعضو، از جمله جمهوری اسلامی ایران، نیز از امکانات CERN بهره برداری می کنند. سایر کشورهای غیرعضو همکار CERN عبارتند از: آذربایجان، آرژانتین، ارمنستان، استرالیا، استونی، اسلوانی، آفریقای جنوبی، اوکراین، ایرلند، ایسلند، برزیل، بلاروس، پاکستان، پرو، تایوان، الجزایر، چین، رومانی، صربستان، قبرس، کانادا، کرواسی، کرۀ جنوبی، گرجستان، مراکش، و مکزیک.

برنامه های تحقیقاتی سرن

بزرگترین برنامه کنونی سرن،علاوه بر تحقیقات گوناگون در زمینه فیزیک هسته ای و ذرات بنیادی،اجرای پروژه بزرگ LHC (Large Hadron Collider) یا همان” ابرتصادم گر هادرونى”است که بعنوان بزرگترین پروژه تحقیقاتی جهان شناخته میشود. ابرتصادم گر هادرون یک شتاب دهنده ذرات با انرژى و پیچیدگى بى نظیر و بى سابقه است که نتیجه آن همکارى و مشارکت جهانى براى آشکارسازى بخش جدید پنهانى از حقیقت است.

دسته دوم از کشورهای مشارکت کننده در سرن،شش کشور آمریکا،روسیه،ژاپن،ترکیه،هند و اسرائیل هستند که بعنوان ناظر در سازمان تحقیقات هسته ای سرن حضور دارند.این کشورها هم سهم و مشارکت فعالی در انجام پروژه های تحقیقاتی سرن و همچنین در تامین هزینه های مالی و تجهیزات سرن دارند.برای مثال تاکنون ایالات متحده رقمی بالغ بر یک میلیارد دلار برای پروژه LHC هزینه کرده است.
و اما دسته سوم از کشورهای مشارکت کننده در سرن،کشورهای غیر عضو سازمان اروپائی تحقیقات هسته ای هستند که در برنامه های مختلف تحقیقاتی سرن مشارکت دارند.این دسته که شامل ۲۶کشور است عبارتند از:

الجزایر، آرژانتین، ارمنستان، آذربایجان، بلاروس، برزیل، چین، کانادا، کرواسی، قبرس، استونی، گرجستان، ایسلند، ایرلند، مکزیک، مراکش، پاکستان، پرو، رومانی، صربستان، اسلونی، آفریقای جنوبی، کره جنوبی، تایوان، اوکراین و ایران.
این کشورها بسته به توانائی های علمی و تحقیقاتی خود می توانند در پروژه های آزمایشگاهی و نظری سرن شرکت می کنند.در حقیقت،عمده ترین بهره این کشورها از همکاری با سرن،تماس نزدیک و خارج از محدودیت های متداول (سیاسی) با تکنولوژی نوین و کسب مستقیم و بی واسطه دانش علمی و فنی است.

بعد از عضویت رسمی ایران در سرن در سال۲۰۰۱ میلادی و همکاری با سرن در زمینه پروژه بزرگ LHC و ساخت و تامین قطعاتی از این پروژه هم اینک هفت پژوهشگر و سه دانشجو دوره دکترا در زمینه فیزیک ذرات بنیادی در سرن مشغول پژوهش و تحقیقات هستند و همچنین قرار است دو دانشجوی دیگردوره دکترا به این جمع اضافه شود.لازم به ذکر است که مشارکت انفرادی فیزیکدانان ایرانی در سرن به قبل از سال۲۰۰۰ بر می گردد.

پیش از این درباره شتابدهنده خوشه های پروتونی LHC با محیطی بالغ بر ۲۷ کیلومتر به مختصر گفته شد که بزرگترین پروژه تحقیقاتی جهان به شمار میرود.هدف از پروژه LHC ساخت دو پر انرژی پروتونی با انرژی بیش از Tev 7 است که با برخورد دادن این دو پرتو و آشکارسازی ذرات حاصل از این برهمکنش آنها ساختار درونی مواد و ذرات بنیادی سازنده آنها شناخته شود.پروژه LHC با بودجه ای بالغ بر شش میلیارد دلار از سال۱۹۹۵ شروع شده و راه اندازی آن و شروع آزمایشهای مربوطه برای انتهای سال ۲۰۰۷ پیش بینی شده است. بد نیست بدانید که هزینه ساختمانی که این شتابدهنده در آن نصب می شود بالغ بر ۵۰۰ میلیون فرانک سوئیس است و پیش بینی می شود که هزینه نهائی آن بعد از انجام تمام مقدمات و آزمایشات در نهایت بالغ بر ۱۰میلیارد یورو شود.جزئیات بیشتر از ساختار و نحوه کار LHC موضوعی نیست که ما بدنبال آن باشیم بلکه میخواهیم نقش و فعالیت ایران را در ساخت این پروژه عظیم تحقیقاتی جهان مورد بررسی قرار دهیم.


تاریخچه سرن

کنوانسیون تأسیس کردن سرن در تاریخ ۲۹ سپتامبر ۱۹۵۴ توسط ۱۱ کشور اروپای غربی امضا گشت. سرواژهی CERN در اصل بر گرفته از عبارت فرانسوی Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire به معنای انجمن پژوهش‌های هسته‌ای اروپا است که در ابتدا انجمنی موقتی برای برپا ساختن آزمایشگاه‌ها بود که در سال ۱۹۵۲ توسط ۱۱ کشور اروپایی شکل گرفت. سرواژهی مذکور پس از منحل شدن انجمن موقتی به عنوان نام آزمایشگاه ابقا گشت، با وجودی که نام اصلی در سال ۱۹۵۴ به نام کنونی آن Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire به معنای سازمان پژوهش‌های هسته‌ای اروپا تغییر یافت. به عقیدهٔ لئو کوارسکی، یکی از مدیران ارشد سابق سرن، وقتی که نام سازمان تغییر یافت، سرواژهی بی لطافت OERN ایجاد می‌شد، و هایزنبرگ گفت: «با وجودی که نام اصلی تغییر پیدا کرده است، نیازی به تغییر در سرواژه نیست».
چندی پس از تأسیس مرکز، کارهای انجام گرفته درون آزمایشگاه فراتر از پژوهش بر روی هستهی اتم‌ها پیش رفت و و وارد وادی فیزیک انرژی‌های بالا شد. فعالیتی که اساساً تمرکز آن بر روی پژوهش در مورد کنش‌ها و تأثیرات میان ذرات بود. با این تفاسیر آزمایشگاهی که توسط سرن مدیریت می‌شد عمدتاً اشاره به آزمایشگاه اروپایی فیزیک ذرات (Laboratoire européen pour la physique des particules) دارد که این عبارت بیانگر واضح‌تر پژوهش‌های کنونی سرن می‌باشد.

مروری بر تاریخچه همکاری های ايران و  CERN

 

• اقدامات اولیه برای حضور برخی از اعضاء CERN در كنفرانس منطقه‌ای فیزیك ریاضی در سال 1368و آغاز مذاكرات برای مشاركت ایران در CERN
• سفر هیأت بلندپایه ای از CERN به تهران (متشكل از استاد مایانی رئیس، رابرت كاشمور معاون پژوهشی، جان الیس، رئیس گروه نظری و هیأت همراه تعدادی دیگر) و تشكیل سمیناری یك روزه برای بررسی امكانات همکاری با شركت افراد فوق الذكر، تابستان 1379
• امضاء توافقنامه توسط آقایان استاد مایانی و دكتر معین وزیر وقت علوم، تحقیقات و فناوری. طی این موافقتنامه آقای دكتر رضا منصوری مأمور اجرا و پیگیری مفاد توافق‌نامه شدند و اجرای توافق‌نامه به عهدة پژوهشگاه دانش های بنیادی گذاشته شد.
• تعیین پروژه آشكارساز CMS به عنوان پروژه‌ای برای همكاری ایران، زمستان 1379
• بازدید هیأت علمی و فنی سرن از ایران برای شناسائی توانائی های علمی و فنی ایران، بهار 1380
• تعیین كارخانه‌هایی كه توان اجراء و ساخت قسمت‌های فنی (میزهای (HF رادارند، انتخاب شركت برای مشاوره و نظارت بر امور فنی و انجام مناقصه، تابستان 1380
• انتخاب اولین دانشجو برای اعزام به CERN ، تابستان 1380
• مناقصه پروژه ساخت میزها، انتخاب شركت هپكو به عنوان مجری و برندة مناقصه تابستان 1380
• عقد قرارداد با هپكو به عنوان بازرس با همكاری هیأت فنی SGS انتخاب شركت CMS ، زمستان 1380
• ارائه گزارش اولیه در حضور وزیر علوم، تحقیقات و فناوری، زمستان 1380
• مذاكرات اولیه و تشكیل جلسه مشترك بین معاون پژوهشی وقت وزارت علوم (آقای دكتر منصوری) و معاون صنایع سنگین وزارت صنایع و توافق بر سر قیمت ساخت استوانه‌ها در شركت هپكو و عقد قرارداد برای ساخت استوانه‌ها، تابستان 1381
• اعزام اولین دانشجو به CERN و انتخاب دانشجوی دوم و سوم، پاییز 1381
• اعزام دانشجوی دوم به CERN در بهار 1382
• اعزام دانشجوی سوم به CERN در زمستان 1382
• انجام آزمایش و بارگذاری میز، پاییز 1382
• تكمیل مجموعة اول میز و استوانه و ارسال آن به ژنو، زمستان 1382
• تكمیل مجموعة دوم میز و استوانه و ارسال آن به ژنو، بهار 1383

اطلاعاتی چند در مورد سرن

میزان داده‌های خامی که در سرن تولید می‌شود، اعجاب‌آور است. خود LHC حدود ۱۵ پتابایت (۱۵ هزار و ۳۶۰ ترابایت) اطلاعات را در سال تولید می‌کند و نتیجه ۶۰۰ میلیون برخورد دادن ذرات در هر ثانیه ضبط می‌شود.
از سال ۲۰۰۲ به بعد، این داده به شبکه جهانی که از مراکز رایانه‌ای تشکیل شده‌، ارسال می‌شود و در اختیار بیش از هشت هزار فیزیکدان قرار می‌گیرد. این شبکه، «شبکه محاسباتی جهانی LHC» نام دارد.
زمانی که سرن در سال ۱۹۵۴ بنیان‌ نهاده شد، هیچ سیستم متمرکزی وجود نداشت، شیوه‌های ضبط داده‌ها بسیار متنوع بودند و هیچ فناوری مانند اینترنت که قادر به سهیم‌کردن آسان اطلاعات باشد، در دسترس نبود. اینترنت در اصل توسط سرن ایجاد شد.

در دهه‌های آغازین، ضبط داده‌ها به ندرت دیجیتالی بودند و بیشتر به عنوان گزارشات تایپ‌شده بر روی کاغذ وجود داشتند.این وضعیت هرج‌ومرج‌گونه تا اواسط دهه ۱۹۷۰ ادامه داشت تا این که در سال ۱۹۷۶ سرن،CERNET را معرفی کرد.با استفاده از این سیستم، داده‌ها می‌توانست بین فریم‌های اصلی متعدد و رایانه‌های کوچک‌تر از طریق خطوط سریالی Mbit/s ۲منتقل شود.

«سرن‌نت» برای یک دهه فعال بود و پل LAN خود را داشت که اترنت‌های سرن اولیه را به یکدیگر متصل می‌کرد.با این حال، هیچ یک از این‌ها امکان برقراری ارتباط از راه دور را فراهم نمی‌کرد و نیاز به یک سیستم کارآمدتر ضروری به نظر می‌رسید.

در اوایل دهه ۱۹۸۰، برای نخستین بار از یک کانال ماهواره‌ای برای اتصال دو شبکه محلی استفاده شد.در سال ۱۹۸۳، اترنت معرفی شد و از سال ۱۹۸۴ تا ۱۹۸۵، پروتکل‌های TCP/IP در سرن پایه‌ریزی شدند.
به تدریج TCP/IP معرفی شد و راه را برای تغییرات بزرگ در شیوه برقراری ارتباط سرن و در نهایت تمامی دنیا هموار کرد.نخستین اتصال اینترنتی در سرن در سال ۱۹۸۹ برای منابع خارجی افتتاح شد.همچنین در سال ۱۹۸۹، پروژه ENQUIRE  توسط تیم برنرز-لی آغاز شد. این دانشمند در سال ۱۹۹۰ به رابرت کایلیائو، دانشمند علوم رایانه، ملحق شد.این پروژه مبتنی بر استفاده از هایپرتکس برای سهیم‌کردن اطلاعات بین محققان سرن بود.
این موفقیت در سال ۱۹۹۱، به ایجاد نخستین وب‌سایت آنلاین منجر شد و سپس وب جهانی را به دنبال داشت که در تاریخ ۳۰ آوریل سال ۱۹۹۳، سرن آن را برای تمامی کاربران رایگان اعلام کرد.
گرچه این وب نقش شاهکاری را در محاسبات جهانی داشت، اما تنها وبی نبود که سرن در ایجاد آن نقش داشت.امروزه، این سازمان به یک پیشگام در عرصه محاسبات شبکه‌ای تبدیل شده است.در سال ۲۰۱۲
«شبکه محاسباتی جهانیLHC»بیش از ۱۷۰ مرکز رایانه را در ۳۶ کشور مختلف پوشش داد.این سیستم به چهار رده ۰، ۱، ۲ و ۳ تقسیم شده که هر یک خدمات ویژه‌ای را عرضه می‌کند.

در سطح نخست، رده ۰، «مرکز داده» سرن قرار دارد که مسئول ذخیره تمامی داده‌های خام تولید‌شده توسط LHC است.« مرکز داده» همچنین فرایند تحلیل را با بازسازی اطلاعات به شیوه‌ای مفیدتر آغاز می‌کند. این داده سپس از خلال یک شبکه فیبر نوری به ۱۱ مرکز رده ۱ واقع در سراسر جهان می‌رود.این شبکه که با سرعت ۱۰ گیگابیت در ثانیه عمل می‌کند، به عنوان «شبکه خصوصی نوریLHC»شناخته شده است.

در مراکز رده ۱، اطلاعات حاصل از مرکز داده بازپردازش شده و بر روی یک نوار ذخیره می‌شود. در این مرحله نسخه‌هایی از داده خام نیز ذخیره می‌شوند.از این نوار برای ذخیره داده استفاده می‌شود، زیرا مدت طولانی‌تری نسبت به دیسک یا مموری RAM دوام دارد.استفاده از این نوار همچنین اقتصادی‌تر است، زیرا ارزان بوده و برق کمتری مصرف می‌کند؛ با این حال، محققان می‌توانند به آخرین داده‌ها بر روی مرورگرهای دیسک دسترسی داشته باشند.
در مرحله بعدی، مراکز رده ۱ اطلاعات پردازش‌شده را به ۱۴۰ مرکز رده ۲ انتقال می‌دهند.این مراکز شامل دانشگاه و موسسه‌های علمی هستند که از طریق شبکه‌های استاندارد به سایت‌های رده ۱ متصل هستند.در این جا داده‌ها دوباره ذخیره، پردازش و تحلیل می‌شوند و این نخستین سطحی است که در آن مشارکت رسمی با WLCG وجود دارد.
پس از عبور از خلال مراکز رده ۲، داده از طریق رده ۳ در دسترس دانشکده‌های تحصیلی و افراد قرار می‌گیرد.با افزایش اطلاعات جمع‌آوری‌شده از آزمایش‌های سرن، شبکه نیز گسترده‌تر می‌شوند.در ژوئن سال ۲۰۱۳، یک مرکز رده ۰ جدید در بوداپست مجارستان افتتاح شد.این سایت جدید که در «مرکز تحقیقات فیزیک ویگنر» نصب شد، به مرکز داده سرن مرتبط است و توانایی انتقال ۱۰۰ گیگابیت در ثانیه را دارد.مرکز ویگنر به گونه‌ای عمل می‌کند که گویی بخشی از «مرکز داده» خود سرن است، گرچه ۶۰۰ مایل با این مرکز فاصله دارد.این «مرکز داده» اضافی توانایی پردازش سرن را تا حدود ۷۰ درصد افزایش می‌دهد.گرچه سرن یک سیستم شبکه‌ای رده‌بندی‌شده است، به هشت هزار فیزیکدان از سراسر جهان امکان دسترسی به داده‌های جمع‌آوری‌شده را در زمان واقعی می‌دهد.

کشف​۲ ذرۀ بنیادی جدید در سرن!

دانشمندان مرکز شتاب دهنده بزرگ سرن سوئیس بتازگی توانستند ۲ ذره بنیادی جدید را کشف کنند. یکی از آن ذرات دارای خواصی است که پیش از این دیده نشده بود.

به گزارش جام جم، اتم ها از الکترون و هسته (ترکیب پروتون و نوترون) تشکیل شده اند، علاوه بر پروتون یا نوترون، ذرات دیگری هم وجود دارد و البته خود این ذرات هم به واحدهای کوچک تری تقسیم می شوند، این واحدها «کوارک» نام دارند. در واقع دانشمندان اکنون کوارک ها را کوچک ترین واحد تشکیل دهنده موجود در هستی می دانند. همه ذرات بنیادی موجود از کوارک تشکیل شده اند. با این حال​ کوارک ها ویژگی های خاصی دارند. برای نمونه، هر ذره بنیادی از سه کوارک تشکیل شده است. برای نمونه پروتون و نوترون هر کدام از سه کوارک تشکیل شده اند. خلاصه اینکه کوارک ها را نمی توان به صورت انفرادی یافت.

اما چطور ممکن است که ترکیب دو سه کوارک، به شکل گیری انواع مختلفی از ذرات بنیادی که با هم تفاوت های اساسی دارند بینجامد؟ پاسخ این پرسش، در طبقه بندی کوارک ها نهفته است. کوارک ها در کل به شش دسته اصلی تقسیم می شوند. این شش دسته عبارتند از: بالا، پایین، افسون، بیگانه، سر و ته. هریک از این حالت ها را اصطلاحا یک «طعم» کوارک می نامند. البته این طور نیست که کوارک ها سر و ته داشته باشند! در واقع این نامگذاری فقط برای تمایز قائل شدن بین انواع مختلف کوارک ایجاد شده است. همان طور که گفتیم ترکیب کوارک های مختلف با هم به شکل گیری ذرات بنیادی می انجامد. برای نمونه، ترکیب دو کوارک پایین و یک کوارک بالا، موجب شکل گیری پروتون می شود. ذراتی را که از ترکیب دو کوارک تشکیل شده اند «مزون» می نامند. مطالعه مزون ها دشوار است، زیرا این ذرات به صورت معمول در طبیعت وجود ندارند و عمر بسیار کوتاهی دارند. شاید تنها راه شناسایی آنها، استفاده از شتاب دهنده های ذرات باشد.

دانشمندان برای کشف و شناسایی ذرات بنیادی​ از دستگاه های شتاب دهنده استفاده می کنند. بزرگ ترین شتاب دهنده دنیا در سوئیس قرار دارد. این دستگاه در واقع یک لوله با طول بسیار زیاد است که می تواند با اعمال نیروی الکتریکی یا مغناطیسی، موجب سرعت گرفتن ذرات شود. این سرعت حتی ممکن است به نزدیک سرعت نور هم برسد. به این ترتیب برخی ویژگی هایی که در حالت عادی امکان مشاهده آن وجود ندارد، در شتاب دهنده ها قابل اندازه گیری خواهد بود.

این دو ذره تازه کشف شده DS3* (2860)- و  DS1*(2860)- نام دارند. گفتنی است جرم این ذرات سه برابر پروتون است. -DS3*(2860)- از نظر فنی دارای اسپینی* برابر با ۳ است و به این ترتیب این نخستین ذره با اسپین ۳ است که در خود کوارک، افسون را نیز دارد. در دیگر مزون ها، کوارک ها به شکلی قرار می گیرند که اسپین کلی ذره کمتر از ۳ شود. همین مساله سبب می شود که مطالعه دقیق ویژگی های این ذرات دشوار شود. اما از آنجا که اسپین ذره DS3*(2860)- برابر با ۳ است، مطالعه خواص آن ساده تر خواهد بود.

اما اصلی ترین کاربرد این ذرات کشف شده را شاید بتوان در کمک آنها به توضیح «نیروی هسته ای قوی» دانست. نیروی هسته ای قوی همان نیرویی است که موجب کنار هم نگه داشتن کوارک ها می شود. دانشمندان با وجود پیشرفت های علمی زیاد، هنوز نتوانسته اند ماهیت این نیرو را به طور دقیق شناسایی کنند و به همین دلیل، کشف این ذرات جدید می توانند به پیشرفت این بخش از فیزیک ذرات بنیادی کمک موثری کند.

*اسپین: همه ذرات داری ویژگی بنام اسپین هستند که مربوط می شود به اینکه ذره از جهت های مختلف به چه شکلی و شمایلی بنظر می رسد.

 

منابع:

newscientist- مترجم: صالح سپهری فر

ویکی پدیا

خبرگذاری ایرنا

انجمن فیزیک دانان جوان ایرانی

وبسایت تابناک - نویسنده : ایمان دهقانی

مرکز مطالعات و همکاری های علمی بین المللی- http://www.cissc.ir