بحران عمیقی که فیزیکدانان را مجبور به بازنگری قوانین بنیادین طبیعت می‌کند (قسمت اول)

☆ محققان دهه‌ها به شکلی بی‌ثمر به دنبال کشف ذرات بنیادی جدیدی بودند که به وسیله آن‌ها دلیل شکل کنونی طبیعت را توضیح داده و با حل بحران‌های موجود در زمینه طبیعی بودن آن را تفسیر کنند. شکست‌های متعدد فیزیکدانان منجر به این شد که آن‌ها یک فرض قدیمی و مهم را بازنگری کنند: چیزهای بزرگ از چیزهای کوچک‌تر تشکیل شده‌اند. نوشتار حاضر ترجمه مقاله‌ای به قلم ناتالی ولچور ((Natalie Wolchoverr) نویسنده و ویراستار ارشد وب‌سایت کوانتامگزین، درباره‌ی تلاش‌های انجام شده در این زمینه‌ی عمیق و بحث‌برانگیز است.

در سال ۲۰۱۶ این بحران به شکلی غیرقابل انکار بروز کرد و آن، زمانی بود که برخورد دهنده بزرگ ذرات ((Large Hadron Collider – LHCC) با وجود یک ارتقای اساسی نتوانست ذراتی را که موجودیت‌شان دهه‌هاست به شکل نظری اثبات شده‌است، آشکارسازی کند. این ذرات می‌توانستند معمایی را که به خاطر ذره معروف هیگز به وجود آمده‌ است حل  کنند. این معما که به مسئله سلسله‌ مراتبی معروف است به این موضوع می‌پردازد که چرا بوزون هیگز جرم بسیار کمی دارد (صدها میلیون میلیارد بار سبک‌تر از بالاترین مقیاس‌های انرژی موجود در طبیعت). با توجه به انرژی‌های بالاتر موجود در طبیعت، به نظر می‌رسد جرم بوزون هیگز به نحوی غیرطبیعی کاهش یافته است،

ذرات اضافی مورد انتظار می‌توانستند دلیل جرم کم هیگز را توضیح دهند و به این شکل معادلات فیزیکی را براساس گفته فیزیکدانان طبیعی کنند. اما پس از شکست LHCC، که سومین و  بزرگترین شتاب دهنده در جهت پیداکردن این ذرات است، به نظر می‌رسد منطق ما پیرامون ذات طبیعت و آنچه طبیعی می‌دانیم دچار ایراد و خطاست.

به گفته گارسیا گارسیا:
مسائل بنیادین مهم در واقع همان مسائلی هستند که به طبیعی بودن (naturalness) مربوط می‌شوند.


برخورد دهنده بزرگ ذرات در سرن یک کشف حیاتی و مهم داشته‌است. در سال ۲۰۱۲ این آزمایشگاه موفق به آشکارسازی بوزون هیگز شد. بوزون هیگز یک مسئله کلیدی و مهم برای مجموعه‌ای از معادلات ۵۰ ساله با اسم مدل استاندارد ذرات (The Standard Model) است که رفتار ۱۷ ذره بنیادی را توصیف و تشریح می‌کند.

زمانی که الکترون‌ها، کوارک‌ها و دیگر ذرات بنیادی با حرکت در میان این میدان با آن برهمکنش  می‌کنند، دارای جرم می‌شوند.

☆ در طی چند سال بعد فیزیکدانان به یک جواب سرراست رسیدند: ابرتقارن، یک فرضیه که باعث دوبرابر شدن ذرات بنیادی طبیعت می‌شود. ابرتقارن بیان می‌کند که به ازای هر بوزون یک همراه فرمیونی وجود دارد و برعکس. بوزون‌ها و فرمیون‌ها به ترتیب مقدار مثبت و منفی را به جرم هیگز اضافه می‌کنند. در نتیجه اگر این مقادیر همواره به صورت دوتایی و جفت وارد شوند، یکدیگر را خنثی می‌کنند.

☆ جست و جو برای همراه ابرمتقارن ذرات (که به عنوان ابرهمراه نیز شناخته می‌شوند) در دهه نود میلادی و به وسیله ساخت شتاب دهنده‌ بزرگ الکترون-پوزیترون آغاز شد. محققان فرض کردند که این ذرات، تنها اندکی سنگین‌تر از جفت‌های خود در مدل استاندارد ذرات هستند و نیاز به انرژی‌های بالاتری برای آشکارسازی دارند. بنابراین شروع به شتاب دادن ذرات تا سرعتی نزدیک به نور کرده، آن‌ها را به هم برخورد می‌دادند و در میان بقایای ناشی از خرد شدن ذرات به دنبال ابرهمراه‌های سنگین مورد نظر خود می‌گشتند.

با نگاهی دقیق‌تر به گذشته، به نظر می‌رسد این دو بحران طبیعی بودن نه یک بیماری، که علائمی از وجود مشکلی عمیق‌تر  هستند. به گفته گارسیا گارسیا

بسیار مفید است که در مورد ریشه‌های این دو مشکل بیش‌تر فکر کنیم. بحران سلسله مراتبی و ثابت کیهانشانسی به صورت جداگانه ظاهر شدند، زیرا ما برای پاسخ به سوالات خود از ابزارهای مختلفی استفاده می‌کنیم.
منبع: دیپ لوک
توسط محمد علی طائفی گرمه در ۰۱ فروردین ۱۴۰۱




🆔 @Physics3p