PDA

توجه ! این یک نسخه آرشیو شده میباشد و در این حالت شما عکسی را مشاهده نمیکنید برای مشاهده کامل متن و عکسها بر روی لینک مقابل کلیک کنید : پاسخگويي دانشمندان به پرسش هاي ماندگار علم



Tomcattter
03-01-2012, 00:02
شعر ناتمام فيزيک ذرات

ترجمه؛ سليمان فرهاديان

در بهترين حالت، فيزيکدانان مي توانند با آشکار ساختن سادگي هاي زيربنايي، پيچيدگي ها را حذف کنند. براي مثال، معادله هاي ماکسول تمام پديده هاي گيج کننده و متنوع الکتريسيته و مغناطيس کلاسيک را با استفاده از چهار قاعده ساده تفسير مي کند. اين معادله ها زيبا هستند، تقارن اسرارآميزي دارند و در رقص ظريف نمادها، تصوير آينه يي يکديگرند. اين چهار معادله در مجموع بسيار زيبا است و همان طور که ابيات شکسپير با همديگر شعري مي آفرينند، اين چهار معادله با يکديگر کامل مي شوند.

مدل استاندارد فيزيک ذرات شعري ناتمام است. عمده بخش هاي آن آماده شده و به رغم آنکه ناتمام است، درخشان ترين اثر هنري در ادبيات فيزيک محسوب مي شود. اين مدل با دقت تمام، مواد شناخته شده (تمام ذرات زيراتمي همانند کوارک ها و لپتوتن ها) و نيروهايي را که اين ذرات به وسيله آنها با يکديگر برهم کنش مي کنند، توصيف مي کند. اين نيروها از اين قرارند؛ الکترومغناطيس که چگونگي برهم کنش ذرات باردار را بيان مي کند، نيروي ضعيف که مي گويد چگونه ذرات مي توانند ماهيت خود را تغيير دهند و نيرويي قوي که بيان مي کند چگونه کوارک ها به يکديگر مي پيوندند تا پروتون ها و ديگر ذرات مرکب را به وجود آورند. اما با آنکه توصيف مدل استاندارد دلپذير است، از چند بخش تشکيل شده و برخي از اين بخش ها (همانند بخشي که توصيف گر گرانش است) به دست نيامده است. اما اينها فقط بخشي از زيبايي است که توجه ما را به زيبايي عميق تري جلب مي کند، درست مثل چند خط شعر که روي تکه يي از پاپيروس نوشته شده است. زيبايي مدل استاندارد در تقارن آن نهفته است. رياضيدانان تقارن آن را با مفهومي با نام گروه هاي لي توصيف مي کنند. نگاهي گذرا به گروه لي مدل استاندارد، ماهيت چندبخشي بودن آن را آشکار مي سازد؛

U(1)*SU(2)*SU(3)

هر کدام از اين بخش ها نشان دهنده نوع خاصي از تقارن است، اما تقارن کل شکسته شده است. هر کدام از نيروها به روشي که تا حدودي متفاوت از ديگر نيروها است رفتار مي کند، در نتيجه هر کدام از اين نيروها با تقارني که تا حدودي متفاوت از بقيه است، بيان مي شود. اما شايد اين تفاوت ها کم اهميت باشد. به نظر مي رسد که الکترومغناطيس و نيروي ضعيف بسيار متفاوت از يکديگر باشند، اما فيزيکدانان در دهه 1960 نشان دادند اين دو نيرو در دماهاي زياد «وحدت» مي يابند. بدين ترتيب معلوم شد که الکترومغناطيس و نيروي ضعيف در حقيقت نيروي واحدي هستند، درست همان طور که با حرارت دادن يخ تبديل به آب مي شود و معلوم مي شود که يخ و آب در حقيقت چيز واحدي هستند. چنين ارتباطي، اين اميدواري را در فيزيکدانان ايجاد کرد که نيروي قوي را هم بتوان با دو نيروي ديگر يکي کرد و نظريه بزرگ تري را به وجود آورد که بتوان آن را با تقارن واحدي همچون SU(5) توصيف کرد. تئوري واحد بايد نتايج قابل مشاهده يي داشته باشد. براي مثال اگر نيروي قوي همان نيروي الکترو ضعيف باشد، آن گاه شايد پروتون ها واقعاً پايدار نباشند و هر از چندگاهي به طور خود به خودي واپاشي کنند. به رغم پژوهش هاي بسيار، کسي شاهد واپاشي پروتون نبود و هيچ کس هم ذراتي را که تعديل هاي افزايش دهنده تقارن مدل استاندارد همانند ابرتقارن پيشگويي مي کند، مشاهده نکرده است. گذشته از اين حتي چنين نظريه هاي واحدي مادام که از گرانش چشم پوشي کند، کامل نيست.

گرانش نيروي مشکل سازي است. تئوري توصيف کننده اين نيرو يعني نسبيت فرض مي کند که فضا و زمان يکنواخت و پيوسته است درحالي که شالوده هاي فيزيک کوآنتوم که بر ذرات زيراتمي و نيروهاي آن حاکم است، ذاتاً ناپيوسته و جهشي است. گرانش چنان با نظريه کوآنتوم ناسازگار است که تاکنون هيچ نتوانسته است روشي متقاعدکننده براي ارائه نظريه واحد پيشنهاد کند که شامل تمام انواع ذرات نيروهاي ضعيف، قوي و گرانش باشد.

اما فيزيکدانان به پيشرفت هايي دست يافتند. شايد اميدبخش ترين اين روش ها نظريه ابرتار باشد. نظريه ابرتار پيامدهاي بسياري دارد زيرا اين نظريه روشي براي وحدت همه چيز در يک نظريه بزرگ با يک تقارن واحد دارد. براي مثال براي يک شاخه از نظريه ابرتار تقارن از نوع SO32 است، اما نيازمند جهاني با 10 يا 11 بعد و ذرات بسياري است که غيرقابل آشکارسازي هستند و پرسش هاي ذهني بسياري را پيش مي کشد که شايد هيچ وقت به جواب آنها نرسيم. شايد ده ها نظريه واحد وجود داشته باشد که فقط يکي از آنها صحيح باشد، اما دانشمندان هيچ وقت نمي توانند تعيين کنند که کدام صحيح است. شايد هم تلاش براي وحدت نيروها و ذرات جست وجويي بي ثمر باشد. در عين حال فيزيکدانان به جست وجوي خود براي يافتن واپاشي پروتون ادامه مي دهند، همچنان که به جست وجوي خود براي ذرات ابرتقارني در تله هاي زيرزميني برخورددهنده بزرگ هادرون (LHC) در ژنو سوئيس که در سال 2008 بهره برداري مي شود، ادامه مي دهند. دانشمندان بر اين باورند که LHC وجود بوزون هاي هيگز را هم آشکار خواهد ساخت. بوزون هاي هيگز ذراتي هستند که اصولاً به تقارن هاي بنيادي در مدل فيزيک ذرات مربوط مي شود. فيزيکدانان اميدوارند روزي بتوانند شعر ناتمام را به اتمام برسانند و به آن تقارن عظيم شکل دهند.

www.sciencemag.org


روزنامه اعتماد