آکادمی فیزیک ناوس

پیشرفت و رکود فیزیک از زاویه «متحد سازى» (Unification) - قسمت نهم

مسعود ناصری

آیا ذرات بنیادی هم اتحاد دارند؟
پرسش بعدی این بود که اگر توانسته‌ایم سه نیرو را متحد کنیم چرا نباید فکر کنیم که ذرات بنیادى نیز ممکن است اتحاد خاص خود را داشته باشند؟ مى‌توان «اصل گیج» را به تقارن «خاصى» که همه ذرات بنیادى فیزیک را شامل شود اعمال کرد. این تقارن باید به گونه‌اى باشد که کوارک‌ها را به لپتونها تبدیل کند و بنابراین همه کوارک‌ها و لپتون‌ها در قالب یک ذره واحد و یک میدان واحد متحد خواهند شد که کوارک‌ها و لپتون‌ها با شکست ناگهانى این تقارن متولد می‌شوند. تلاش سختی آغاز شد که سرانجام به بار نشست. ساده‌ترین تقارنى که کشف شد تقارن (SU(5 نام گرفت (عدد 5 نشان‌دهنده 5 ذره، یعنى سه کوارک و دو لپتون است) که اتحاد نیروها را نیز ذر خود داشت. این تقارن جدید نه تنها تمام پیش‌بینى‌هاى مدل استاندارد را توجیه مى‌کند بلکه تواناتر از آن است چرا که پیش‌بینى‌هاى جدیدى مانند امکان تجزیه کوارک به الکترون‌ها و نوترینوها را ارائه مى‌کند. بر اساس این پیش‌بینی، یک پروتون که شامل سه کوارک می‌باشد باید در اثر تجزیه مثلا یکى از کوارک‌هایش به موجود ساده‌ترى تبدیل شود. لازم به گفتن است که تا آنروز پروتون‌ها ذرات پایدارى فرض مى‌شدند ولی معلوم شد که چنین نیست هرچند تجزیه آن طبق محاسبات حدود 33^10 سال طول می‌کشد (شکر! چون اگر این عدد کوچکى بود امروز اتمى در جهان وجود نداشت و من و شما هم نبودیم).

بنابراین، اگر تئورى (SU(5 درست باشد مهمترین شرط درستی آن این خواهد بود که تجزیه یک پروتون را در آزمایشگاه تائید کنیم. خوشبختانه اجراى چنان آزمایشى کار چندان مشکلى نیست. البته اگر بنا باشد فقط یک پروتون تنها را زیر نظر بگیریم لازم خواهد بود حدود 33^10 سال منتظر بمانیم. بنابراین، یک مخزن بزرگ آب فوق‌العاده خالص را که هزاران لیتر آب داشته باشد در نظر مى‌گیریم. چون هر هسته هیدروژن و اکسیژن آن پروتون دارد، تعداد بسیار زیادى پروتون در مخزن خواهیم داشت و با تنها یک یا دو سال انتظار خواهیم توانست تجزیه حداقل چند پروتون را شاهد باشیم. تنها شرط اجراى موفقیت‌آمیز چنین آزمایشی عبارت خواهد بود از محافظت مخزن از تشعشعات کیهانى، که مدام ما را بمباران مى‌کنند، چون مى‌توانند با برخورد با پروتون آنرا متلاشى کنند. در حقیقت، این آزمایش حدود سه دهه پیش با قرار دادن مخزنى با ۵٠ میلیون لیتر آب خالص در یک معدن در عمق هزار مترى بک کوه در ژاپن پیاده شد.

امروز، بعد از سه دهه، هنوز منتظریم تا تجزیه حتى یک پروتون اتفاق بیافتد. اینکه مهمترین پیش‌بینى تئورى زیباى (SU(5 درست از آب درنیامده است جامعه فیزیک و به‌خصوص فیزیک ذرات بنیادى را سخت به هم ریخته و موجب دلسردى شدیدى گشته است در حدى که دیگر آن شوق و شور دهه ٨٠ از بین جامعه فیزیک ذرات بنیادى رخت بربسته و تمرکز آنها و دانشجویان دوره دکترا از جستجو براى اتحاد نیروها و ذرات جهان به پروژه‌هاى کاربردى مانند ابررسانا، لیزر، کامپیوتر کوانتومى و … منتقل شده است که هم زود نتیجه مى‌دهند و هم زود قابل انتشار به شکل مقاله، که پروفسور شدن به تاخیر نمى‌افتد و هم با وارد کردن نتایج حاصله به صنعت، درآمد مالى خوبى نصیب دانشگاه یا موسسه تحقیقاتى و خود محقق مى‌شود.

(جالب است بدانید که امروزه تقریبا همه دانشگاه‌هاى رده بالاى دنیا هر کدام یک شرکت تجارى نیز به ثبت رسانده‌اند و نتیجه تحقیقات حاصل از پروژه‌هاى دکترا و گاه کارشناسى ارشد را در قالب اختراع مى‌فروشند و اساتید و محققین تحت فشارند که درآمد دانشگاه/موسسه بالا برود وگرنه نباید به دوام شغلشان امیدوار باشند. دیگر کمتر کسى است که با رفتن به دنبال پروژه‌هاى بنیادى فیزیک بخواهد آینده شغلى خود را در رقابت با همکاران به خطر اندازد!)...

#یادداشتها
#فیزیک_متحدسازی

https://natphys.net/index.php/fa/article/sometimes-the-writings/notes/557-physical-progress-and-recession-from-an-angle

@natphys

445 viewsedited 11:43