کشف ذره جدیدی در سرن

فیزیکدانان دست‌اندرکار آزمایش ال‌اچ‌سی‌بی (LHCb) در سرن (CERN سرواژه عبارتی به معنی سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای)، ذره سنگین جدیدی کشف کرده‌اند. این ذره که کسی ـ سی‌سی‌پلاس‌پلاس (++Xi-cc) نام‌ دارد، از سه کوارک ـ نوعی ذره بنیادی ـ تشکیل شده است. یکی از این سه کوارک مانند کوارک‌های تشکیل‌دهنده پروتون و نوترون‌، از نوع بالا و سبک است. دو کوارک دیگر از نوع کوارک افسون هستند که سنگین‌تر و نامعمول‌تر است (فیزیکدانان براساس جرم و بار کوارک‌ها آنان را از شش نوع یا طعم در نظر می‌گیرند که بالا و افسون، دو نمونه از این طعم‌ها هستند). مدل استاندارد فیزیک ذرات، وجود کسی ـ سی‌سی‌‌پلاس‌پلاس و ذرات دیگری متشکل از طعم‌های مختلف کوارک را پیش‌بینی کرده است، اما تاکنون ذرات دارای دو کوارک افسون به طور قطعی پیدا نشده بودند.

هر ذره‌ای که از کوارک ساخته شده باشد، هادرون نام دارد. هادرون‌ها بر دو نوع‌اند؛ مزون‌ها که ذراتی غیرعادی و دارای یک کوارک و یک پادکوارک هستند و باریون‌ها که شامل سه کوارک‌اند. ذره تازه کشف شده باریون است، اما به سبب داشتن دو کوارک افسون، چهار برابر سنگین‌تر از باریون‌های آشنایی مانند پروتون و نوترون است که فقط از کوارک‌های سبک ساخته شده‌اند. سه کوارک سبک در پروتون و نوترون، همگی با سرعتی نزدیک به سرعت نور در حرکت هستند و این موضوع بررسی آنان را دشوار می‌کند. در ذره کشف شده، تک کوارک سبک بسرعت در اطراف دو کوارک سنگین و کندتر حرکت می‌کند و وضعیت ساده‌تری را برای بررسی‌ فیزیکدانان فراهم می‌کند. این کوارک سبک را می‌توان به سیاره‌ای تشبیه کرد که به دور ستاره دوتایی پرجرمی در گردش است. پژوهشگران شواهدی مبنی بر وجود بیش از 300 ذره کسی ـ سی‌سی‌پلاس‌پلاس در داده‌های سال گذشته ال‌اچ‌سی یافتند. ال‌اچ‌سی (LHC سرواژه Large Hadron Collider به معنی برخورددهنده بزرگ هادرونی) بزرگ‌ترین و قدرتمندترین شتاب‌دهنده ذرات در دنیاست. نحوه کار آنان به این صورت بود که میان انبوه ذرات عادی که در برخوردهای پرانرژی بین پروتون‌ها در ال‌اچ‌سی ایجاد می‌شوند، به جست‌وجوی ذرات حاصل از واپاشی کسی ـ سی‌سی‌‌پلاس‌پلاس پرداختند، یعنی چند نوع باریون‌ و نیز ذرات کائون‌ و پیون‌. توزیع این ذرات نه تنها نشان می‌داد کسی ـ سی‌سی‌‌پلاس‌پلاس به طور حتم در برخوردهای ال‌اچ‌سی تولید شده‌ است، بلکه نشانگر این بود ادعاهای قبلی برخی پژوهشگران مبنی بر کشف ذرات مشابه احتمالا نادرست بوده است.

در سال 1381/2002 پژوهشگران فرمی‌لَب، خبر کشف ذره‌ای مشابه را با طیف‌سنج سِلِکس این شتابدهنده اعلام کردند؛ اما نتایج آنان به اندازه کافی از نظر آماری معنادار نبود و میزان برآورد شده جرم برای این ذره فرضی نیز فاصله زیادی با مقادیر پیش‌بینی شده داشت. علاوه‌براین، آزمایشگاه‌های دیگر نیز نتوانستند این نتایج را تأیید کنند. از این رو بسیاری از فیزیکدانان صحت این ادعا را زیر سوال بردند، اما شواهد کشف شده از ذره جدید در آزمایش ال‌اچ‌سی‌بی از نظر آماری متقاعدکننده است و بخوبی با انتظارات نظری مطابقت دارد.

اکنون فیزیکدانان در ال‌اچ‌سی مشغول تولید تعداد بیشتری از این ذرات هستند تا طول عمر دقیق آنها را اندازه بگیرند و دریابند تشکیل آنها در برخوردها چقدر رایج است. آنان سپس به جست‌وجوی سایرذرات نظری دارای دو کوارک افسون خواهند پرداخت. کشف این ذرات و بررسی بیشتر ذره کسی ـ سی‌سی‌‌پلاس‌پلاس ممکن است به تأیید و تقویت مدل استاندارد منجر شود یا به ایجاد چشم‌اندازهای جدیدی در فیزیک ذرات بینجامد. در هر دو صورت، دانشمندان به شناخت بهتری از نیروی بنیادی قوی دست خواهند یافت؛ نیرویی که کوارک‌ها را کنار هم نگه می‌دارد تا پروتون‌ها و نوترون‌ها را تشکیل دهند و این ذرات را نیز به هم پیوند می‌دهد تا اتم‌ها و در نهایت انسان، ستاره‌ها و کهکشان‌ها را بسازند.

منبع: Scientific American

مترجم: کیارا عباس‌زاده اقدم