هیگز،سرن و عالم هستی

کاری از انجمن فیزیک دبیرستان مفیدبه مناسبت هفته پژوهش

یک س�وال مهم مط�رح ب�رای فیزیک�دان ه�ا این ب�ود ک�ه چ�ه چ�یزی ج�رم ی�ک ذره ب�نی�ادین را� در جه�ان تع�یی�ن می �کن�د، ب�ه ع�ب�ارت�ی چ�ه� چ�یزی �س�بب� می ش�ود ک�ه

ا�لکترون �ها، �کوارک� ها و �فوتو�ن ها ج�رم های �متفا�وتی� داش�ته باشند؟ فیزیک�دانی ب�ه ن�ام پی�تر هیگ�ز از دانش�گاه ادینب�ورگ اس�کاتلند پس 1964در س�ال

ا�ز� م�دتی� دس�ت و� �پن�ج�ه ن�ر�م� �ک�رد�ن� ب�ا �م�عم�ای� �منش�ا�ء �ج�رم� �جه�ان �در� نه�ایت� تو�انس�ت پاسخ عجیب این معما را بیابد.

او ب�ه این نتیج�ه رس�یده ب�ود ک�ه خال کیه�انی، واقع�ا خال نیس�ت.  بلک�ه عمال ب�ا می�دان نامرئی و اسرار آمیزی پر شده است.

راه ح�ل پیش�نهادی هیگ�ز ب�رای کش�ف این می�دان، جس�ت و ج�وی کوانت�وم این می�دان� یع�نی ذر�ه� ای� ب�ا� و�ی�ژگی �ه�ای �مش�خص� ب�ود،� ذر�ه �ای� ک�ه ب�ع�دها ب�ه اف�تخ�ار

خود او » ذره هیگز « نامیده شد.

هیگز و معمای چند صد ساله

هیگز، آنگلر و نوبل

با کش�ف ذره هیگزح�دس ه�ا درس�ت از آب در آمدن�د و پی�تر هیگ�ز ب�ه هم�راه فرانس�وا آنگل�ر •مشترکا جایزه نوبل را به خانه بردند.

به نتیج�ه رس�یدن عملی�ات جس�ت و ج�وی ذره راز آم�یز هیگ�ز ب�ه واس�طه پیچی�دگی ه�ای • سال به طول انجامید.50بسیار زیادی که داشت نزدیک به

جایزه نوب�ل امس�ال چ�ه ب�ه لح�اظ ش�گفت انگ�یز ب�ودن نظری�ه مرتب�ط ب�ا آن و چ�ه ب�ه لح�اظ •پیچی�دگی ه�ای ف�وق الع�اده ب�االی آزمایش�ات تج�ربی م�ورد نی�از ب�رای تایی�د ص�حت نظری�ه

مزبور در تاریخ جوایز نوبل بی نظیر بود.

فیزیک2013برندگان نوبل

کجا و چگونه؟؟!؟!؟!؟

جرم بس�یار زی�اد، احتم�ال تولی�د بس�یار پ�ایین و ط�ول عم�ر بس�یار کوت�اه، هم�ه و هم�ه تولی�د و آشکار سازی ذره هیگز را با دشواری های بسیاری روبرو کرده بود.

سرانجام ق�وی ت�رین ش�تاب دهن�ده ح�ال حاض�ر جه�ان یع�نی » برخ�ورد دهن�ده ب�زرگ ه�ادرون » در LHC)ه�ا جه�ان سراس�ر از مهن�دس و دانش�مند ه�زاران وقف�ه بی تالش پس )

آزمایش�گاه بین المللی فیزی�ک ذرات بنی�ادی س�رن توانس�ت نش�انه ه�ایی مب�نی ب�ر وج�ود ذره ب�ه این اطمین�ان رس�یدند ک�ه ذره ای ب�ا 2012هیگ�ز را بیاب�د. آنه�ا س�رانجام در م�اه ج�والی

برابر جرم پروتون یافته اند.130ویژگی های شبیه به ذره هیگز با جرمی تقریبا

کجا و چگونه؟؟!؟!؟!؟

•LHC ان�رژی ب�ه پروتونه�ا آن در ک�ه اس�ت ش�تابدهنده 7Tev میرسند.

این ماش�ین ک�ه در ص�د م�تری زی�ر زمین واق�ع ش�ده، دای�ره ای ب�ه • �کیلوم�تر� �اس�ت �ک�ه ب�س�ته �ه�ا�ی �پرو�ت�ون� �را در ه�ر د�و 27م�حی�ط

آ�ش�کارس�از �ه�ا ک�ه نق�اط� �خا�ص�ی د�ر و� جه�ت �در� خ�ود �می�چ�رخان�د قرار دا�رند به هم� برخور�د م�یدهد.

Large Hadron Collider

نزدیک سرعتی با تونل این در پروتونهاثانیه هر در و حرکتند در نور سرعت به

طی 11000 را تونل این مسیر بارمیکنند.

در مسیر حرکت پروتونها13atm-10خالء تا مرتبه • مگنت برای جهت دادن و شکل دادن به بسته های پروتون9600•

8.3 کل�وین، می�دانی ب�ه ان�دازه 1.9دوقط�بی ه�ای مغناطیس�ی، در دم�ای •تسال تولید میکنند.

آمپر میباشد.11700جریان الزم برای این میدان، • تن وزن دارند.35 متر طول و 15هرکدام از این دوقطبی ها، •برای رسیدن به این جریان، از ابر رساناها•

و ب�رای رس�یدن ب�ه این دم�ا از هلیم م�ایع، ک�ه ی�ک اب�ر ش�اره اس�ت، اس�تفاده میشود.

LHC

مس�یر • از نقط�ه چه�ار ش�ده LHCدر نص�ب س�از آش�کار چه�ار ،است:

•ATLAS•CMS•LHCb•ALICE

محص�والت • و میده�د رخ ه�ا آشکارس�از این مح�ل در برخ�ورد برخورد توسط این آشکارسازها اندازه گیری میشوند.

مطالعه این داده ها، پاسخ پرسشهای فیزیکی را میدهند.•

آشکار ساز ها

حجم داده ها

ح��دود در س��ال ه��ر در 15000000GB داده توس�ط

جم�ع س�از آش�کار چه�ار این آوری میگردد

ذره هیگز، عامل جرم دار بودن ذرات•نظریه ابرتقارن، راهنمایی برای کشف گرانش•ماده و انرژی تاریک، باز هم ابرتقارن•عدم تقارن ذره و پاد ذره•

LHCقرار است به چه سؤاالتی پاسخ دهد؟

ذره هیگ�ز و می�دان ه�ای آن ب�ه نح�وه ج�رم دار ش�دن ذرات در م�دل ب�رای تکمی�ل ب�زرگی اس�ت پ�ردازد و در واق�ع ق�دم اس�تاندارد می

مدل استاندارد فیزیک.در ادامه به برخی ویژگی های این مدل می پردازیم:

-مدل استاندارد چیست؟-ذرات در این مدل

کمی در حاشیه!!!

مجموع�ه ای از تئوریه�ا ک�ه تم�ام دانش م�ا را نس�بت ب�ه دنی�ای ذرات •بنیادی در بر دارد، مدل استاندارد ذرات خوانده میشود.

بر طب�ق این م�دل، ک�ه اک�ثر پیش بی�نی ه�ایش ب�ه تایی�د تجرب�ه ن�یز •رسیده، تمام ذرات از لپتونها و کوارکها تشکلی شده اند.

همچنین، حامل هر نیرو نیز در این نظریه یک ذره بنیادی میباشد.•اگرچ�ه بس�یاری از پیش بینیه�ای این نظری�ه ت�ا ب�ه ح�ال درس�ت ک�ار •

کرده اند، ولی بعضی از آنها هنوز به اثبات نرسیده اند.قاب�ل • نظری�ه این توس�ط اخ�یر مش�اهدات از ب�رخی ض�من، در

توصیف نیستند.

مدل استاندارد ذرات

لپتون ها

کوارک ها

فوتون

گراویتونبوزون ها ................

w ذره

مزون پی

الکترون نوترون

فرمیون ها................ پروتون

نوترینو کوارک

ی ند

ه بست

دک

ی

!!ر!

یگد

•THANK YOU!!انجمن فیزیک دبیرستان مفید