| مترجم : | سپیده همتیان |
| کلید واژه : | |
| چکیده : | ممکن است جرم و طول از مفاهیم بنیادی نباشند، اما بر اساس این نظریه جدید از دل جهانهای چندگانه بیرون می‌آیند. |
| منابع : |
بر اساس این نظریه جدید مقیاس‌های جرم و طول براثر برهم‌کنش میان اجزا ایجاد می‌شوند. باوجود اینکه کهکشان‌ها بزرگ‌تر از اتم‌ها و فیل‌ها سنگین‌تر از مورچه‌ها هستند، با بودن ابهاماتی، برخی از فیزیکدانان گمان می‌کنند تفاوت در اندازه‌ها غیرواقعی است. شاید در توضیح بنیادی جهان جایی برای جرم و طول وجود نداشته باشد، اما بیانگر این امر است که در مرکز عالم جای مقیاس‌ها خالی است. کشف این نظریه جدید با نام تقارن مقیاسی به‌منزله خروجی اساسی از عرصه فرضیه‌های پیشین در مورد اینکه ذرات بنیادی چطور خواص خود را به دست می‌آورند، است. اما این امر اخیرا موضوع مشترک بسیاری از مقالات فیزیکدانان ذرات بنیادی شده است. محققان در این تنگنا به معادلات پایه، که ذرات شناخته‌شده و اجزای آنها را معرفی می‌کند، روی آوردند و این سوال را مطرح کردند که: چنانچه الفاظ مربوط به جرم و طول را از معادلات حذف کنیم، چه خواهد شد؟
طبیعت در سطوح بسیار عمیق خود نیز تفاوتی برای مقیاس‌ها قائل نمی‌شود. با تقارن مقیاسی فیزیکدانان کار را با معادلات پایه آغاز کردند. به این صورت که مجموعه‌ا‌ی از اجرام بی‌جرم را در نظر گرفته، ویژگی‌های منحصربه‌فرد نظیر اینکه آیا ماده یا ضد ماده است و یا اینکه بار الکتریکی مثبت یا منفی دارد را مورد توجه قرار می‌دهند. همان‌طور که این اجزا یکدیگر را جذب یا دفع می‌کنند، تاثیرات این برهم‌کنش‌ها همچون قطعات دومینو در محاسبات روی‌هم فرو می‌ریزند. تقارن مقیاسی شکسته شده و جرم‌ها و طول‌ها همزمان به وجود می‌آیند.
اثرات دینامیکی از این دست، 99 درصد جرم جهان قابل رویت را می‌سازند. پروتون‌ها و نوترون‌ها آمیزه‌ای از سه ذره بنیادی بنام کوارک می‌باشند. انرژی لازم برای نگه‌داشتن این ذرات در کنار هم جرمی ترکیبی به آنها می‌دهد که حدود 100 برابر مجموع جرم آنها است. بیشتر جرمی که مشاهده می‌کنیم از این طریق ایجاد شده است. آلبرتو سالویو فیزیکدان ذرات بنیادی از دانشگاه مادرید می‌گوید: "می‌خواهیم بدانیم که آیا این امکان وجود دارد که از این طریق جرم ایجاد کرد."
در معادلات مدل استاندارد فیزیک ذرات تنها یک‌ذره در سال 2012 یافت شده که بوزون هیگز نام دارد. بر طبق این نظریه که 50 سال پیش توسط فیزیکدان بریتانیایی پیتر هیگز ارائه شد، بوزون هیگز در تقابل با دیگر ذرات بنیادی به آنها جرم می‌دهد. الکترون‌ها ، بوزون Wو Z ، کوارک‌های تکی و غیره، که گفته می‌شود همه جرم این ذرات از بوزون هیگز به آنها داده شده است. به‌صورت متقابل این ذرات نیز همزمان جرم هیگز را نیز افزایش و کاهش می‌دهد.
اما نظریه جدید تقارن ابتدای داستان را دوباره می‌نویسد.
الساندرو استرامیا می‌گوید: "از کجا بدانیم که جرم هیگز واقعا وجود داشته باشد. با کمک دینامیک می‌توان به وجود آن پی برد."
برخورددهنده بزرگ هادرونی در آزمایشگاه سرن در ژنو بیش از 30 سال ذراتی را
که در معادلات نظریه‌های پیشین پیشنهاد شده بود، به هم برخورد می‌داد و
تمام این برخورد‌ها حاصلی در بر نداشت. این شکست‌ها باعث به وجود آمدن این
تفکر شد که شاید محققان عمری را صرف شیوه‌ای اشتباه در محاسباتشان در مورد
جرم ذرات کرده‌اند.
مسئله هیگز غول‌پیکر
نظریه تقارن مقیاسی به سال 1995 بر‌می‌گردد. جایی که ویلیام باردین فیزیکدان نظریه‌پرداز از آزمایشگاه ملی فرمی نشان داد که جرم بوزون هیگز و و دیگر ذرات نظریه استاندارد با شکست خود به خودی تقارن مقیاسی قابل محاسبه است. اما نظر او در آن زمان با استقبال مواجه نشد. وقتی محققان سعی کردند تا ذرات کشف نشده جدید نظیر آنهایی که مدعی بودند می‌توانند ماده تاریک و گرانش را توضیح دهند را با هم بیامیزند، تعادل ظریف موجود در محاسبات باردن به نظر فانی می‌رسید.
در عوض محققان به دنبال رویکردی دیگر با نام ابر تقارن رفتند که به‌طور طبیعی ده‌ها ذره جدید را پیش‌بینی می‌کرد. یک یا تعداد بیشتری از این ذرات می‌توانستند دلیل بر وجود ماده تاریک باشند و ابر تقارن راه حل صریحی برای این مسئله که از ابتدای پیدایش نظریه استاندارد با آن دست به گریبان بودند، ارائه می‌کرد.
رویکرد استاندارد برای انجام محاسبات این‌گونه است که برهم‌کنش‌های بوزون هیگز با دیگر ذرات تمایل به افزایش جرم آن را تا بالاترین مقیاس موجود در معادلات دارد و جرم‌های دیگر ذرات را با خود افزایش می‌دهد.
فیزیکدانان تصور می‌کنند که فراتر ازمدل استاندارد در مقیاسی حدود میلیارد میلیارد بار سنگین‌تر، با نام "جرم پلانک" ، غول‌پیکر‌های ناشناخته‌ای وجود دارند که وابسته به گرانش می‌باشند. انتظار می‌رود که این ذرات سنگین وزن باعث سنگین شدن بوزون هیگز شوند ـ فرایندی که جرم ذرات بنیادی دیگر را به مقیاس پلانک می‌کشاند. این اتفاق نیفتاده است، در عوض در یک روند غیرطبیعی طی یک سلسله مراتب، ذرات سبک وزن مدل استاندارد و جرم پلانک از هم تفکیک شده‌اند.
باردن با رویکرد تقارن جرم‌های مدل استاندارد را به شیوه‌ای نو محاسبه کرد که به مقیاس‌های بزرگ کشیده نمی‌شد. از نقطه نظر او ذرات سبک وزن هیگز کاملا طبیعی بودند. با این حال مشخص نبود که او چطور اثرات گرانشی مقیاس پلانک را در محاسباتش تطبیق داد.
در ابر تقارن از شیوه‌های استاندارد ریاضیات استفاده شده است و مستقیما با سلسله مراتب بین مدل استاندارد و مقیاس پلانک سرو کار دارد. ابر تقارن وجود ذرات دوتایی گم شده را برای همه ذرات یافت شده در طبیعت اثبات کرد. هیگز در هنگام رویارویی با یک ذره (نظیر الکترون) با زوج سبک‌تر ذره ملاقات می‌کند (گزینش فرضی) و اثرات ترکیبی که باعث جلوگیری از افزایش جرم هیگز تا مقیاس پلانک است انجام نمی‌شود. همچون معادل x + (–x) ≈ 0, ابر تقارن از مقادیر اندک و نه صفر محافظت می‌کند. این نظریه شبیه عناصر گم‌شده تکمیل‌کننده جرم نظریه استاندارد است و آنقدر درست به‌نظر می‌رسد که برخی فیزیکدانان می‌گویند بدون آن جهان معنایی ندارد.
یک دهه پس از پیش‌بینی آنها هیچ یک از ذرات ابر تقارن کشف نشدند.
برخورددهنده بزرگ هادرونی در جست‌وجوی نسخه‌های پیچیده‌تر ابرتقارن است.
اما بسیاری از فیزکدانان قانع شده‌اند که این نظریه با شکست مواجه شده است.
منبع:
http://www.simonsfoundation.org/quanta
منبع مجله دانشمند شماره 613 آبان 1393