در جست‌وجوی ذره‌ی هیگز

ذره‌ی هیگز در سال 1964 پیش‌بینی شد و از آن زمان تا کنون دنیای فیزیک ذرات خواهان یافتنش بوده است. این ذره بخشی از سازوکاری‌ست که به همه‌ی ذرات جرم می‌دهد. مدل استاندارد ذرات بنیادی که با دقت زیادی آزمایش شده است به ذره ی هیگز یا چیزی شبیه به آن نیاز دارد تا نیروی ضعیف هسته‌ای (عامل واپاشی‌های هسته‌ای) را با نیروی الکترومغناطیسی (حاکم بر نور و مغناطیس و الکتریسیته) وحدت ببخشد.

فیزیکدانان انرژی‌ها‌ی زیاد برای یافتن رد ذره‌ی هیگز برخورددهنده‌ی بزرگ هادرونی را ساخته اند که حلقه‌ئی‌ست بیست‌وهفت کیلومتری در آزمایشگاه سرن و پروتون‌ها را به سرعت‌های نزدیک به سرعت نور و انرژی زیاد می‌رساند و در مسیر برخورد قرار می‌دهد. در اثر این برخوردها و در لحظاتی کوتاه ذرات سنگین‌تر خلق می‌شوند که واپاشی‌ی آنها بهمنی از ذرات سبک‌تر را به‌دنبال دارد. این ذرات سبک‌تر را آشکارگرهائی در حد واندازه‌های ساختمان‌های چند‌طبقه می‌شناسند و مشخص می‌کنند.

اطلس و CMS بزرگ‌ترین آشکارگرهای برخورددهنده ی بزرگ هادرونی هستند که اینک گزارش می‌دهند  در گستره‌ی انرژی‌ها ی 130 تا 150 گیگا‌الکترون‌ولت شمار افزون بر انتظارِ از این ذرات سبک تر را دیده اند. این گستره درست در میانه‌ی گستره‌ئی‌ست که بیشتر فیزیکدان‌ها باور دارند جایگاه ذره‌ی هیگز است.

اما آمار این رخ‌داد ها هنوز آن‌قدر نیست که بتوان به آن اعتماد کرد یعنی امکان دارد که در صورت تکرار آزمایش این رخ‌دادها دوباره مشاهده نشوند. گیدو تُونلّی[1] سخن‌گوی آزمایش CMS می‌گوید که باید بسیار محتاط بود زیرا بررسی‌ی سیستماتیک لازم است و در ماه‌های آینده آزمایش CMS تلاش‌های خود را بر کاویدن این رخ‌دادهای اضافی متمرکز خواهد کرد. فابیو جانُوتّی[2] سخن‌گوی آزمایش اطلس نیز می‌گوید که باید بسیار محتاط بود و شاید این رخ‌دادهای افزون بر چشم‌داشت با گردآوری‌ی داده‌ها‌ی بیشتر ناپدید شوند.

به‌نظر می‌رسد بخش بزرگ این رخ‌دادهای اضافی، برخاسته از واپاشی‌ی بوزون‌های W باشد که واسطه‌ی انتقال نیروی هسته‌ای‌ی ضعیف هستند. مدل استاندارد پیش‌بینی می‌کند که ذره‌ی هیگز گاهی به دو ذره‌ی W وامیپاشد و در هر دو آزمایش شمار زیاد زوج‌های W دیده شده است که بیش از مقدار چشم‌داشتی‌ی آنهاست اما شمار این رخ‌دادها هنوز آن‌قدر نیست که بتوان با اطمینان آن را نشانه‌ی ذره‌ی هیگز دانست. علاوه بر این، واپاشی‌ی ذرات W به‌گونه‌ئی‌ست که نمی‌توان براساس این واپاشی‌ها مقدار دقیق جرم هیگز را محاسبه کرد.

استرسلر می‌گوید اگر این رخ‌دادهای اضافی نشانه‌ئی واقعی باشد اختلاف جرم می‌تواند برخاسته از محاسبات نادرست نظری باشد. پیش‌بینی‌ی مقادیر دقیق مربوط به واپاشی‌ی W مشکل است و شاید نیاز باشد تصحیح کوچکی در مدل استاندارد وارد کرد.

وضعیت در ماه‌های آینده به‌سرعت تغییر خواهد کرد. ویوِک شارما[3]، پژوهشگر دانشگاه کالیفرنیا در سن‌دیه‌گو که مدیریت جست و جوی هیگز در آزمایش CMS را برعهده دارد، می‌گوید که LHC را شدیداً حال‌و‌هوای کشفی بزرگ فرا گرفته است. . در نشستِ لپتون و فوتون[4] که ماه آینده در مومبای (بمبئی) برگزار خواهد شد، اطلس و CMS داده‌های خود را ترکیب خواهند کرد و داده‌های بیشتر در پاییز امسال معلوم خواهد کرد که رخ‌دادهای افزون بر انتظار نشانه‌ئی واقعی هستند یا این که هیگزِ کم‌جرم اصلاً وجود ندارد. تُونلّی می‌گوید: "بسیار هیجان‌زده‌ام. بیست سال است در این زمینه کار می‌کنیم و طی‌ی چند ماه آینده بالاخره به جواب خواهیم رسید."

منبع:

Collider sees tantalizing hint of Higgs
Geoff Brumfiel
naturenews (22 July 2011)
http://www.nature.com/news/2011/110722/full
/news.2011.435.html