شتاب دهنده‌ی هادرونی بزرگ به زندگی باز می گردد

نقل از انجمن فیزیک ایران، پس از کشف بوزون هیگز در سال ۲۰۱۲، LHC در فوریه ۲۰۱۳ به منظور ارتقای عمده‌ی شتاب‌ دهنده و آزمایشگاه‌هایش بسته شد. اگر همه چیز خوب پیش رود، ال اچ سی و آزمایشگاه‌هایش با کاردهی بالا داده‌ها را تا اواخر مِی و یا اوایل ژوئن ۲۰۱۵ جمع‌آوری خواهند کرد. این ارتقا که شامل نوسازی اساسی رابط‌ های اَبَر رسانا میان آهنرباها می‌شود، ژوئن گذشته کامل شد و بخش بیشتر ال اچ سی اکنون سرد می‌شود تا به دمای عملیاتی ۱٫۹ کلوین برسد. در ۷ مارس، اولین باریکه‌های پروتونی در چند بخش از برخوردهنده که ۲۷ کیلومتر طول دارد، انتقال داده می‌شوند. تا ماه مِی امسال، انتظار می‌رود ال اچ سی پروتون‌ها را در انرژی برخورد  ۱۳TeV به هم بکوبد و سرآغاز آنچه سرن «اجرای دوم» می‌نامد، باشد. در حالی‌که این انرژی تقریباً دو برابر انرژی اجرای قبلی TeV 8 خواهد بود، باز پایین‌تر از طرح ال اچ سی با انرژی TeV 14 است. تصمیم به کار در  ۱۳TeV به این دلیل گرفته شد که زمان اضافی برای آماده کردن آهنرباهای ابر رسانای ال اچ سی به منظور برخوردهای با انرژی ۱۴TeV لازم بود.

انرژی بالاتر به پژوهشگران سرن اجازه می‌دهد تا درک خود از بوزون هیگز که تازه کشف شده است را افزایش دهند، چون انتظار می‌رود تعداد ذراتی که در برخوردها ایجاد می‌شوند به طور کلی با ضریب ۱۰ افزایش یابند و پژوهش‌گران باید تقریباً ۵ برابر داده بیشتر نسبت به اجرای اول ال اچ سی را بررسی کنند. سخنگوی سی ام اس، تیزینو کامپرسی (Tiziano Camporesi) می‌گوید آن‌ها برای مواجهه با این سیل داده از «روش‌های خام و بی‌خردانه» استفاده نخواهند کرد، بلکه روش‌های موثرتر و توسعه‌یافته را برای پردازش به کار می‌برند. هدف مهم ِدیگر ِ اجرای ۲، جستجوی نشانی از فیزیک، فرای آنچه توسط مدل استاندارد ِ فیزیک ذرات توصیف می‌شود، است. به طور خاص ‌پژوهش‌گران به دنبال نشانی از ابر تقارن (SUSY) خواهند بود؛ نظریه‌ای که پیش‌بینی می‌کند هر ذره‌ی بنیادی یک ذره‌ی «ابر شریک» دارد که تاکنون کشف نشده است و ویژگی‌های آن به میزان ناچیز متفاوت است. دیگر نشانه‌های فیزیک جدید که شاید آشکار شود، شامل شواهدی از ابعاد اضافه، ذرات مرموز (exotic particles) و ماده تاریک خواهد بود.

بدون هیچ راهنمای نظری

به گفته‌ی کامپرسی، جستجو برای این پدیده‌ها بسیار متفاوت از جستجوی ذره‌ هیگز ِمدل استاندارد است. او می‌افزاید، در طی جستجوی هیگز، پژوهشگران «یک راهنمای نظری داشتند که ما را به سمت این ذره هدایت می‌کرد». او اشاره می‌کند که فرای مدل استاندارد، «نظریه گیج است چون تعداد زیادی فرضیه رقیب وجود دارد». پژوهشگران ال اچ سی این روند را با آزمودن دقیق‌ترین پیشگویی‌های مدل استاندارد آغاز می‌کنند. کامپرسی توضیح می‌دهد «ما می‌دانیم که در انرژی ۱۳TeV چه چیزی رخ می‌دهد، بنابراین ما همه جا را می‌گردیم تا هر‌گونه انحرافی از آنچه پیشگویی شده است را بیابیم». در حالی‌که نظریه‌های خاصی همچون ابر تقارن خوشایند هستند چون پیشگویی‌های دقیقی انجام می‌دهند، واضح نیست آیا و در چه زمانی ال اچ سی می‌تواند این نظریه‌ها را تایید و یا رد کند.

او توضیح می‌دهد «فضای پارامتر نظریه ابر تقارن به گونه‌ای است که ممکن است ما در هفته‌ی اول اجرای ۲ آن را بیابیم و یا در سال ۲۰۳۵». در واقع، کامپرسی اشاره می‌کند که حتی اگر یافتن ابرتقارن فرای توانایی‌های ال اچ سی باشد، این برخورد دهنده می‌تواند بسیار خوب تجهیز شود و بسیار مشابه با برخورد دهنده‌ی پیشینش در سرن، برخورد دهنده بزرگ الکترون-پوزیترون عمل کند که به پیشگویی دقیق جرم کوارک سَر کمک کرد. هر دوی سی ام اس و اطلس برخی افت و خیزها و چیزهای عجیب غریب در داده‌ها که هر دو آشکارساز در اجرای اول دیدند را دوباره خواهند دید. در حالی‌که انتظار می‌رود اغلب این‎‌ها افت و خیز آماری از مدل استاندارد باشند، اگر در اجرای ۲ قدر آماری آنها افزایش یابد، می‌تواند ظهور یک فیزیک جدید را نشان دهد. در واقع، سخنگوی اطلس دیوید چارلتون (David Charlton) می‌گوید کاندیدهایی که پیش از این نادیده گرفته شدند، همچون کوارک‌های بی (B quark) می‌توانند ذران ویژه‌ای باشند که «مدل استاندارد را می‌شکنند».

از دست دادن انرژی

وضعیت برای پژوهشگرانی که به دنبال نشانی از ماده‌ی تاریک در اجرای ۲ هستند، متفاوت خواهد بود، چون اگر این ذرات گریزان در ال اچ سی تولید شوند، انتظار نمی‌رود به طور مستقیم قابل آشکارسازی باشند. به جای آن، فیزیک‌دان‌ها به دنبال انرژی از دست رفته در برخوردهای ذرات هستند. در واقع، ال اچ سی رقیب اصلی در رقابت میان تعدادی آزمایش مختلف برای دیدن شواهد بیشتر از ماده تاریک است.

ماریا چمیزو یاتاس(Maria Chamizo-Llatas) که در بخش سی ام اس در اجرای اول همکاری داشت، می‌گوید میزان زیادی تعامل و گفتگو میان فیزیک‌دان‌های سرن و اختر فیزیک‌دان‌ها در راستای تلاش برای آشکارسازی ماده تاریک در چشمه‌های نجومی وجود دارد. او می‌گوید این همکاری مفید و لازم است و باید افزایش یابد تا هر دو گروه یکدیگر را در جستجوهایشان راهنمایی کنند. اما به هر صورت، او اقرار می‌کند که ترجیح می‌دهد سرن باشد که «برای اولین بار آن را می‌بیند». درواقع، رالف هایر (Rolf Heuer) مدیر کل سرن روز پیش در کنفرانس مطبوعاتی سرن که برای بازگشایی ال اچ سی برگزار شد، گفت که «من می‌خواهم اولین نور را در یک جهان تاریک ببینم. اگر چنین چیزی رخ دهد، طبیعت با من مهربان خواهد بود».