فرانسوا انگلر ( راست ) و پیتر هیگز (  چپ ) برندگان نوبل فیزیک سال ۲۰۱۳

پیچیده ترین آزمایش علمی تاریخ

هنگامی که پیتر هیگز به همراه فرانسوا آنگلر و رابرت براوت مقاله خود را منتشر کردند خودشان هم تصور نمی کردند که در مدت عمر خود شاهد کشف کوانتوم میدان اسرار آمیزی که وجود آن را پیش بینی کرده بودند باشند. علت این مساله هم به ویژگی های خاص ذره هیگز باز می گشت. مجموعه آزمایشاتی که پس از پیش بینی وجود ذره هیگز توسط قوی ترین شتاب دهنده های موجود جهان انجام شده بود نشان می داد که این ذره باید جرم بسیار بالایی داشته باشد؛ جرمی آنچنان زیاد که ایجاد آن فراتر از توانمدنی تمامی شتاب دهنده های گوشه گوشه جهان بود.

نمایی از بخش داخلی آشکار ساز ATLAS ( اطلس) . به ابعاد شخصی که در جلوی آن ایستاده توجه کنید. درقلب این آشکار ساز و سایر آشکار سازهای LHC در هر ثانیه تقریبا ۶۰۰ میلیون برخورد پروتونی صورت می گیرد که این آشکارسازهای عظیم باید تمامی ذرات حاصل از هر برخورد را ثبت کنند.

جرم بسیار زیاد، احتمال تولید بسیار پایین و طول عمر بسیار کوتاه، همه و همه تولید و آشکار سازی ذره هیگز را با دشواری های بسیاری روبرو کرده بود؛ بطوری که هیچ یک از شتاب دهنده هایی که پیش از این ساخته شده بودند از پس کشف این ذره راز آمیز بر نیامده بودند تا اینکه سرانجام قوی ترین شتاب دهنده حال حاضر جهان یعنی « برخورد دهنده بزرگ هادرون ها » ( LHC ) پس از بیش از یک دهه تلاش بی وقفه هزاران دانشمند و مهندس از سراسر جهان در روز ۲۰ نوامبر ۲۰۰۹ در آزمایشگاه بین المللی فیزیک ذرات بنیادی سرن در مرز دو کشور سوئیس و فرانسه شروع به کار کرد. تقریبا طی چهار سال گذشته ، ارتشی از فیزیکدان ها با کمک ابر کامپیوترهای خود مشغول تجزیه و تحلیل داده های حاصل از برخورد پروتون ها فوق العاده پر انرژی در قلب آشکارسازهای عظیم LHC بوده اند بلکه ازمیان انبوهی از داده ها، نشانه هایی مبنی بر وجود ذره هیگز را بیابند. آنها سرانجام در ماه جولای ۲۰۱۲ به این اطمینان رسیدند که ذره ای با ویژگی های شبیه به ذره هیگز با جرمی تقریبا ۱۳۰ برابر جرم پروتون یافته اند. اما مشخص کردن اینکه آیا این ذره قطعا همان ذره اسرار آمیز هیگر است یا نه به تجزیه و تحلیل های باز هم بیشتر و دقیق تری نیاز داشت.

یکی از ویژگی های بسیار مهم این ذره تازه کشف شده که باید با دقت بیشتری اندازه گیری می شد اسپین ذره بود. براساس نظریه هیگز، میدان هیگز یک میدان اسکالر است و بنابراین اسپین ذره هیگز باید برابر صفر باشد. اما نتایج حاصل از آزمایشات LHC اسپین ۲ را نیز برای این ذره تازه کشف شده محتمل می دانست و بنابراین برای مشخص کردن دقیق تر اسپین ذره تازه کشف شده به تجزیه و تحلیل برخوردهای پروتونی باز هم بیشتری نیاز بود. در نهایت تلاش های طاقت فرسا و پشتکار خستگی ناپذیر فیزیکدان ها در روز ۱۴ مارس ۲۰۱۳ به نتیجه رسید و کشف ذره هیگز بطور رسمی توسط آزمایشگاه بین المللی سرن اعلام شد.

بازسازی کامپیوتری یکی از برخوردهای پروتونی که به ایجاد ذره هیگز منجر شد.

هیگز، آنگلر و نوبل

با کشف ذره هیگز تقریبا تمامی نشریات علمی معتبر جهان این کشف بزرگ را بعنوان مهمترین کشف علمی سال اعلام کردند و تقریبا همه مطمئن بودند که جایزه نوبل امسال ( سال ۲۰۱۳ ) به این دستاورد بزرگ علمی تعلق خواهند گرفت. حدس ها درست از آب در آمدند و پیتر هیگز به همراه فرانسوا آنگلر مشترکا جایزه نوبل را به خانه بردند. متاسفانه به نتیجه رسیدن عملیات جست و جوی ذره راز آمیز هیگز به واسطه پیچیدگی های بسیار زیادی که داشت آنقدر طول کشید – نزدیک به ۵۰ سال تمام – که رابرت براوت فرصت دریافت جایزه را پیدا نکرد و تقریبا دو سال پیش در سن ۸۲ سالگی از دنیا رفت.

جایزه نوبل امسال چه به لحاظ شگفت انگیز بودن نظریه مرتبط با آن و چه به لحاظ پیچیدگی های فوق العاده بالای آزمایشات تجربی مورد نیاز برای تایید صحت نظریه مزبور در تاریخ جوایز نوبل بی نظیر بود. بدین ترتیب با اهدای جایزه نوبل فیزیک امسال ، فصلی دیگر از کتاب داستان شگفت انگیز علم هم به پایان رسید، فصلی که در کنار سایر فصول این کتاب پر ماجرا ، صفحاتی دیگر از روایت تلاش های پژوهشگران برای گسترش دیدگاه بشر نسبت به اسرار و شگفتی های بی پایان هستی را برای آیندگان به یادگار خواهد گذاشت.
پایان

قسمت اول