آغاز به کار “برخورد دهنده هادرونی بزرگ” با قدرتی بی‌سابقه

به گزارش عصرقائم، به نقل از نیچر، انجام آزمایش‌ در قوی‌ترین برخورد دهنده ذرات جهان در سرن، ژنو، پس از سه سال به‌روزرسانی و ارتقای ماشین‌آلات آن، دوباره از سر گرفته شد. برای دور سوم، پرتوهای پروتون در برخورد دهنده بزرگ هادرونی(LHC) با شدت بیشتری به گردش در می‌آیند. فیزیکدانان می‌خواهند از این برخوردها برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد جهان در مقیاس‌های کوچک‌تر و همچنین حل معماهایی مانند ماهیت ماده تاریک استفاده کنند.

در ساعت ۴:۴۷ بعد از ظهر به وقت محلی در تاریخ ۵ ژوئیه(۱۴ تیر)، فیزیکدانان در آزمایشگاهی واقع در نزدیکی ژنو، سوئیس، آشکارسازها را روشن و شروع به دریافت داده‌ها کردند.

این دور از آزمایش‌ها به دنبال آزمایش‌های انجام شده در سال‌های ۲۰۰۹ و ۲۰۱۵ انجام می‌شود. تارا شیرز (Tara Shears)، فیزیکدان ذرات در دانشگاه لیورپول، بریتانیا، می‌گوید: این اولین باری است که پس از همه‌گیری، دریچه‌ای را به روی کیهان باز می‌کنیم تا ببینیم جهان از چه چیزی ساخته شده است.

پرتوهای پروتون فشرده‌تر به برخورد دهنده هادرونی بزرگ این امکان را می‌دهد تا نرخ اوج برخورد را برای مدت طولانی‌تری حفظ کند تا در آزمایش‌ها بتوان داده‌های بیشتری جمع‌آوری کرد. انرژی برخورد ۱۳.۶ تریلیون الکترون ولت (TeV) بوده و نسبت به ۱۳ تریلیون الکترون ولت در دوره قبلی بیشتر است و این موضوع احتمال ایجاد ذرات سنگین‌تر و ناشناخته را افزایش می‌دهد.

فیزیکدانان از انبوهِ داده‌ها برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد بوزون هیگز استفاده خواهند کرد که ۱۰ سال پیش در سرن کشف شد و سوالات بی‌شماری درباره آن باقی مانده است. آنها تکنیک‌های تجزیه و تحلیل جدیدی را برای جستجوی فیزیک، فرای مدل‌های استاندارد به کار خواهند گرفت و مجموعه‌ای از نتایج غیرعادی موجود را که با نظریه‌ موجود تطابق ندارد، بررسی می‌کنند.

اگر این ناهنجاری‌ها واقعی باشند، می‌توانند به فیزیکدانان در توضیح ویژگی‌های اسرارآمیز کیهان که مدل‌های استاندارد نمی‌تواند آن‌ها را توضیح دهد مانند اینکه چرا ماده در همه جا وجود دارد اما پادماده کمیاب است، کمک کنند. اما اگر این ناهنجاری‌ها از طریق نوسانات بر حسب اتفاق ایجاد شوند، داده‌های بیشتر باعث محو شدن این نشانه‌ها خواهند شد.

پرتوها از ماه آوریل در برخورد دهنده هادرونی بزرگ در گردش هستند و برخی برخوردها نیز رخ داده است. اما تنها ۱۴ ژوئیه پرتو به اندازه کافی ایمن اعلام شد تا آزمایش‌ها از سر گرفته شوند. در میان آنها آزمایش‌های ATLAS و CMS قرار دارند که آزمایش‌های همه منظوره برخورد دهنده هادرونی بزرگ برای مطالعه طیف وسیعی از فیزیک هستند.

پرتو ذرات قدرت آسیب رساندن به آشکارسازها و ماشین‌آلات را دارد، بنابراین مهندسان با احتیاط شروع به کار می‌کنند و کمترین میزان پروتون‌ها را به گردش در می‌آورند. مایک لامونت(Mike Lamont)، مدیر شتاب‌دهنده‌ها و فناوری در سرن، می‌گوید که این تعداد در طول سال افزایش خواهد یافت.

در نهایت، انرژی پرتوی کوچک از ذرات، همچون انرژی قطاری خواهد بود که با سرعت ۱۵۰ کیلومتر در ساعت حرکت می‌کند، بنابراین ما باید در این مورد بسیار بسیار مراقب باشیم.

در طول تعطیلی طولانی مدت از پیش برنامه‌ریزی‌شده، که با همه‌گیری کووید تمدید شد، تیم سرن این شتاب‌دهنده را ارتقا دادند. به روزرسانی‌ها شامل نصب منبع جدیدی از پروتون‌ها برای جایگزینی فناوری قدیمی است که از سال ۱۹۷۸ در سرن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فیزیکدانان آشکارسازهای برخورد دهنده بزرگ هادرونی به ویژه سیستم الکترونیکی و محاسباتی آن را برای مقابله با شدت برخورد بیشتر بهبود بخشیدند. در آزمایش‌های CMS و ATLAS، برخورد دهنده هادرونی دسته‌هایی حدود ۱۰۰ میلیارد پروتون را با سرعت حدود ۴۰ میلیون برخورد در ثانیه برخورد می‌دهد.

دو آزمایش بزرگ یعنی LHCb و ALICE که شکل متراکم ماده به نام پلاسمای کوارک-گلئون را مطالعه می‌کنند، به طور کامل مورد بازنگری قرار گرفته‌اند. در حالی که CMS و ATLAS در واقع باید سرعت ایجاد داده خود را دو برابر کنند، نرخ آزمایش LHCb، ده برابر بیشتر از آنچه بود، خواهد شد و آزمایش ALICE نیز ۵۰ برابر بیشتر از قبل تعداد برخوردها را ثبت خواهد کرد.

به گفته شیرز، پرتو که همه آشکارسازها به آن نیاز دارند، با شدت کم شروع می‌شود، بنابراین ماه‌ها طول می‌کشد تا داده‌های کافی برای تجزیه و تحلیل در دسترس قرار بگیرد. فیزیکدانان باید قبل از دستیابی به یافته‌های جدید، آزمایش‌ها را با پرتو جدید کالیبره و بررسی کنند که آشکارسازهای اصلاح‌شده مطابق انتظار کار می‌کنند.

برخورد دهنده هادرونی به مدت چهار سال به فعالیت می‌پردازد تا زمانی که برخوردها متوقف شود و راه برای ارتقاء آن باز شود.

فابیولا جیانوتی(Fabiola Gianotti)، مدیرکل سرن گفته که رؤیای او برای سومین دور از فعالیت برخورد دهنده هادرونی یافتن ذرات تشکیل‌دهنده ماده تاریک است که فیزیکدانان فکر می‌کنند ۸۵ درصد از ماده در کیهان را تشکیل می‌دهد.