ذره هیگز چگونه کشف شد؟

ال اچ سی، بزرگترین شتابگر دنیا است. این دستگاه عظیم تونلی دایره‌ای است که 27 کیلومتر طول دارد و در آن پروتون‌ها در میدان مغناطیسی بیش....
ال اچ سی، بزرگترین شتابگر دنیا است. این دستگاه عظیم تونلی دایره‌ای است که 27 کیلومتر طول دارد و در آن پروتون‌ها در میدان مغناطیسی بیش از 8 تسلا (160 هزار برابر میدان مغناطیسی زمین) و دمای 2 درجه کلوین که سیم‌ لوله‌ها را ابررسانا می‌کند، می‌تواند به سرعتی حدود 99/99999 درصد سرعت نور برسند. این دستگاه به پروتون‌ها چیزی حدود دو تسلاولت انرژی می‌دهد و در مجموع برخوردی سر به سر با انرژی چهار تسلاولت روی می‌دهد. البته قرار است در به روزرسانی بعدی تا سال 2013 این دستگاه بتواند برخوردهایی با انرژی چهارده تسلاولت را نیز تولید کند
این مقدار انرژی به قدری زیاد است که می‌تواند شرایطی را به‌وجود آورد که تنها پیش از این در حدود 10 میکروثانیه بعد از انفجار بزرگ وجود داشت.
بنابراین اگر تا آن زمان ذره هیگز باعث به‌وجود آمدن خاصیت جرم شده بود، پس باید با شبیه‌سازی آن شرایط، دوباره دیده شود.
توجه شود که در هیچ جای دیگری از عالم حتی در قلب بزرگترین ستاره‌ها نیز امکان تولید این انرژی که بشر به صورت دستی و کنترل‌شده به یک پروتون می‌دهد، وجود ندارد. بنابراین می‌توان گفت بعد از حدود 13 میلیارد سال دوباره سر و کله هیگز پیدا شد.
در مدل استاندارد ذرات بنیادی کلاً دو نوع ذره داریم.

دسته اول ذراتی هستند که ماده را تشکیل می‌دهند. این ذرات خودشان دو دسته هستند:
کوارک‌ها و لپتون‌هایی که تقریبا تمام طبیعتی که می‌شناسیم از دو کوارک بالا و پایین و دو لپتون الکترون و نوترینو الکترون ساخته شده است. اما در آزمایشگاه کوارک‌ها و لپتون‌های دیگری نیز دیده شده است.
این کوارک‌ها و لپتون‌ها را در سه سطح و بر اساس جرم طبقه‌بندی کرده‌اند. این ذرات فرمیون هستند. یعنی در هر حالت طبق اصل طرد پائولی تنها یک ذره قرار می‌گیرد. از کتاب دبیرستان به خاطر داریم که وقتی یک مدار اتمی با یک الکترون پر شود، الکترون بعدی در مدار بالاتر قرار می‌گیرد. به چنین ذراتی فرمیون گفته می‌شود.

دسته دوم ذراتی هستند که حامل نیرو هستند. یعنی نیروهای بنیادی طبیعت در حقیقت با مبادله این ذرات است که عمل می‌کنند. در طبیعت چهار نیروی بنیادی داریم که تا به حال توانسته‌ایم سه‌تا از آنها را در یک نظریه واحد بیان کنیم. نیروی گرانشی هنوز با سه نیروی دیگر ترکیب نشده است.
این ذرات که حامل نیرو هستند، بوزون نامیده می‌شوند. ویژگی‌های بوزون‌ها این است که در هر حالت هر تعداد بوزون می‌توانند قرار بگیرند.
هیگز در این میان یک بوزون است. این ذره طبق مکانیسمی که پیتر هیگز پیش‌بینی کرد، تنها در لحظات اولیه عالم وجود دارد. وجود این ذره باعث شکستن یک تقارن می‌شود و در نتیجه ذرات خاصیت جرم پیدا می‌کنند. این آخرین جزء مدل استاندارد ذرات است که تا امروز پیدا نشده بود.

حال برمی‌گردیم به ال اچ سی، پس از برخورد ذرات با هم در ال‌اچ‌سی، تعداد زیادی ذره زیراتمی تولید می‌شود. بسیاری از این ذرات ناپایدارند و خیلی زود واپاشیده می‌شوند. اما در این واپاشی هر محصولی تولید نمی‌شود، بلکه همان‌طور که در معادلات باید بار الکتریکی در دو طرف معادله یکسان باشد، خواص دیگری نیز هست که بایستی در دو طرف معادله تغییر نکند. برای همین است که با دیدن محصولات واپاشیده شده، می‌توانیم حدس بزنیم که چه ذره‌ای واپاشیده شده است.
در ال‌اچ‌سی پس از اینکه هیگز تولید شد، به دلیل جرم زیادش (126 گیگا الکترون‌ولت طبق گزارش اتلس) خیلی زود واپاشیده می‌شود.
فیزیک‌دانان سرن با مطالعه آثار باقیمانده از برخورد و با به‌کارگیری روش‌های آماری می‌توانند حدس بزنند که محصولاتی که در آشکارسازها دیده شده، ناشی از واپاشی هیگز بوده یا خیر.

منبع: ماهنامه دانستنی‌ها