بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده ذرات دنیا برای دریافت مهم‌ترین ارتقای تاریخ خود خاموش شد

پس از نزدیک به دو دهه فعالیت و ثبت یکی از مهم‌ترین دستاوردهای تاریخ علم، برخورددهنده هادرونی بزرگ، بزرگ‌ترین و قدرتمندترین شتاب‌دهنده ذرات جهان، موقتاً از کار ایستاد. این توقف به معنای پایان فعالیت این دستگاه نیست، بلکه آغاز پروژه‌ای عظیم برای نوسازی آن است که می‌تواند راه را برای کشف اسرار تازه‌ای درباره ساختار جهان هموار کند.

سرن، آزمایشگاه اروپایی فیزیک ذرات، که در نزدیکی شهر ژنو قرار دارد، روز ۲۹ ژوئن برخورددهنده هادرونی بزرگ را خاموش کرد تا عملیات چندساله بازسازی و ارتقای آن آغاز شود. این شتاب‌دهنده پس از پایان این پروژه با نام برخورددهنده هادرونی بزرگ با توان تابشی بالا دوباره راه‌اندازی خواهد شد و براساس برنامه، فعالیت علمی خود را از سال ۲۰۳۰ از سر می‌گیرد.

برخورددهنده هادرونی بزرگ از سال ۲۰۱۰ تاکنون پروتون‌ها را تا سرعتی نزدیک به سرعت نور شتاب داده و آن‌ها را در تونلی دایره‌ای به طول ۲۷ کیلومتر که زیر مرز فرانسه و سوئیس قرار دارد، با یکدیگر برخورد داده است. این برخوردها شرایطی را ایجاد می‌کنند که شباهت زیادی به کسری از ثانیه پس از بیگ‌بنگ دارد و به دانشمندان امکان می‌دهد رفتار ذرات بنیادی و نیروهای حاکم بر جهان را بررسی کنند.

بزرگ‌ترین دستاورد شتاب‌دهنده در سال ۲۰۱۲ رقم خورد. در آن زمان، دو آشکارساز عظیم آتلاس و سی‌اِم‌اِس موفق شدند وجود ذره هیگز را تأیید کنند. این ذره بخش مهمی از سازوکاری است که به ذرات بنیادی جرم می‌بخشد و کشف آن یکی از بزرگ‌ترین موفقیت‌های علم فیزیک در قرن بیست‌ویکم به شمار می‌رود. این کشف همچنین آخرین قطعه گمشده در چارچوب نظری الگوی استاندارد فیزیک ذرات را تکمیل کرد؛ مدلی که رفتار و برهم‌کنش‌های شناخته‌شده‌ترین ذرات زیراتمی و نیروهای حاکم بر آن‌ها را توضیح می‌دهد.

با وجود این موفقیت، پرسش‌های بنیادین بسیاری ازجمله اینکه ماده تاریک از چه چیزی ساخته شده، چرا جهان تقریباً به‌طور کامل از ماده تشکیل شده است و نه پادماده و آیا ذرات یا نیروهای ناشناخته‌ای فراتر از الگوی استاندارد وجود دارند یا خیر، همچنان بی‌پاسخ مانده‌اند.

نسخه جدید شتاب‌دهنده فقط یک به‌روزرسانی معمولی نیست، بلکه بازسازی گسترده‌ای است که بخش بزرگی از آن را دگرگون خواهد کرد. به گزارش ساینس نیوز، در جریان این پروژه، حدود ۱۲۰۰ متر از تجهیزات شتاب‌دهنده از تونل خارج و با سامانه‌های پیشرفته‌تر جایگزین می‌شود. آهنرباهای ابررسانای قدرتمندتر، سامانه‌های جدید هدایت پرتو و تجهیزات دقیق‌تر برای متمرکز کردن پروتون‌ها نیز نصب خواهند شد.

هم‌زمان، آشکارسازهای عظیمی که ذرات تولیدشده در برخوردها را ثبت و اندازه‌گیری می‌کنند، تقریباً به‌طور کامل نوسازی خواهند شد تا بتوانند حجم بسیار بیشتری از داده‌ها را با دقت بالا پردازش کنند.

مهم‌ترین ویژگی نسل جدید، افزایش چشمگیر درخشندگی (توان تابشی) شتاب‌دهنده است. درخشندگی معیاری است که نشان می‌دهد چه تعداد ذره در هر لحظه در پرتوها متمرکز شده‌اند و در نتیجه با چه احتمالی با یکدیگر برخورد می‌کنند.

هرچه درخشندگی بیشتر باشد، تعداد برخوردها نیز افزایش می‌یابد و احتمال مشاهده پدیده‌های بسیار نادر بیشتر می‌شود. برخورددهنده هادرونی بزرگ با درخشندگی بالا تا ۱۰ برابر درخشندگی بیشتری نسبت به نسخه کنونی خواهد داشت و در مدت زمانی مشابه، داده‌هایی به‌مراتب بیشتر تولید خواهد کرد.

چنین مجموعه عظیمی از داده‌ها به دانشمندان امکان می‌دهد ویژگی‌های ذره هیگز را با دقتی بی‌سابقه مطالعه و کوچک‌ترین اختلاف میان نتایج آزمایش‌ها و پیش‌بینی‌های الگوی استاندارد فیزیک ذرات را شناسایی کنند. اگر چنین اختلاف‌هایی مشاهده شود، ممکن است نشانه‌ای از وجود ذرات یا نیروهای ناشناخته باشد و راه را برای شکل‌گیری نظریه‌های تازه درباره ساختار جهان باز کند.

دانشمندان همچنین امیدوارند داده‌های برخورددهنده هادرونی بزرگ با درخشندگی بالا سرنخ‌هایی درباره ماهیت ماده تاریک به‌دست دهد؛ عنصری نامرئی‌ که براساس برآوردها بخش بزرگی از جرم جهان را تشکیل می‌دهد، اما تاکنون هیچ‌کس نتوانسته آن را به‌طور مستقیم شناسایی کند.

هدف مهم دیگر، بررسی این معمای قدیمی است که چرا پس از بیگ‌بنگ، ماده بر پادماده غلبه کرد. برپایه نظریه‌های کنونی، در آغاز جهان باید مقدار تقریباً برابری ماده و پادماده تولید شده باشد. در آن صورت این دو باید یکدیگر را نابود می‌کردند و جهان امروزی هرگز شکل نمی‌گرفت. اینکه چه عاملی این تعادل را بر هم زده است، هنوز یکی از بزرگ‌ترین پرسش‌های حل‌نشده فیزیک به شمار می‌رود.

خاموش شدن برخورددهنده هادرونی بزرگ شاید در نگاه نخست پایان یک دوره به نظر برسد، اما در واقع آغاز مرحله‌ای تازه در پژوهش‌های فیزیک ذرات است که می‌تواند با ابزارهایی بسیار قدرتمندتر، دانش بشر از بنیادی‌ترین قوانین طبیعت را دگرگون کند.