تلاش «سرن» برای کشف راز خلقت

نظریه «انفجار بزرگ» که حاصل این طرز تفکر است نشان داد در این حرکت معکوس، کاهش ابعاد عالم، افزایش دمای حیرت‌انگیزی را به دنبال دارد. برای مثال پس از گذشت یک ثانیه از انفجار بزرگ، دمای عالم حدود 10 میلیارد درجه بوده است. در این دما ذرات بنیادی مانند «کوارک‌ها» توانایی تشکیل پیوند و به‌وجود آوردن هسته اتم‌ها را نداشتند چراکه این دمای فوق‌العاده زیاد هر پیوندی را متلاشی می‌کند. بنابراین جهان مخلوط داغی از ذرات بنیادی بود که با گذر زمان بسرعت سرد می‌شد. پس از 3 دقیقه از انفجار، وقتی دما به 6 میلیارد درجه کاهش یافت کوارک‌ها، پروتون‌ها و نوترون‌ها را تشکیل دادند و بالاخره 380 هزار سال بعد، زمانی که دما به 3000 درجه رسید، با جایگیری الکترون‌ها در اطراف هسته، اتم متولد شد. کنترل جهان به عهده 4 نیروی متفاوت است که عبارتند از نیروهای جاذبه، الکترومغناطیسی، هسته‌ای ضعیف و هسته‌ای قوی. کیهان‌شناسان معتقدند این چهار نیرو در واقع برآمده از یک ابرنیرو‌ی واحد هستند که بلافاصله پس از انفجار بزرگ به 4 نیروی ظاهرا متفاوت شکسته شد. آنها بر این باورند که در محیط‌های بسیار پرانرژی این نیروها دوباره تبدیل به یک ابرنیرو‌ می‌شوند، بنابراین در جستجوی نظریه‌ای هستند که بتواند این 4 نیرو را از جنبه نظری با یکدیگر ترکیب کند و علم فیزیک را از نظریه‌های گوناگونی که گاهی از یک پدیده واحد، تفسیرهای متفاوت ارائه می‌دهند، برهاند. نخستین دستاورد در جهت رسیدن به این هدف، ترکیب موفقیت‌آمیز نیروی هسته‌ای ضعیف و الکترومغناطیسی تحت عنوان نیروی« الکترو ـ‌ ضعیف» بود. شبیه‌سازی لحظات اولیه انفجار بزرگ بهترین روش برای درک چگونگی اتحاد نیروها و رفتار ذرات بنیادی در انرژی‌های بسیار بالاست. این شبیه‌سازی در حال حاضر در مرکز اتمی سرن انجام می‌شود. آزمایشگاه عظیمی که با استفاده از دستگاه‌های شتاب‌دهنده ذرات و برخورد دادن پرتوهای پرانرژی به یکدیگر و شبیه‌سازی آنچه در چند هزارم ثانیه پس از انفجار بزرگ روی داد، تلاش دارد تا درهای جدیدی را به روی دانشمندان بگشاید و رازهای زیادی را برایشان برملا کند.

سازمان اتمی اروپایی سرن یک سازمان بین‌المللی است که بزرگ‌ترین آزمایشگاه فیزیک ذرات جهان را اداره می‌کند و در شمال غربی ژنو، در مرز میان سوئیس و فرانسه واقع شده‌است. سرن در سال 1954 با هدف تحقیق روی هسته اتم‌ها تاسیس شد ولی کاربرد اصلی آن در حال حاضر ساخت و راه‌اندازی شتاب‌دهنده‌های ذرات و دیگر زیرساخت‌های مورد نیاز برای تحقیقات فیزیک در محیط‌های بسیار پرانرژی است. بیشترین پروژه‌های حال حاضر سرن در آزمایشگاه ال اچ سی یا برخورددهنده بزرگ هادرون متمرکز است. تونل ال اچ سی 100 متر زیر سطح زمین، بین فرودگاه ژنو و حوالی کوهستان ژورا واقع است. 7 آزمایشگاه فعال در مرکز از داده‌های ال‌ اچ‌ سی استفاده می‌کنند و هریک، از جنبه‌های مختلف و با فناوری‌های گوناگون به تحلیل داده‌ها می‌پردازند. ساخت این آزمایشگاه‌ها با تلاش طاقت‌فرسای مهندسان امکانپذیر شد. به‌عنوان مثال به‌منظور جابه‌جایی قطعات 2000 تنی ماشین آشکارساز ذرات در آزمایشگاه سی ام اس و انتقال آنها به زیر سطح زمین جرثقیل‌های ویژه‌ای از کشور بلژیک وارد شد. سرن توسط 12 کشور تاسیس شد ولی درحال حاضر 20 عضو ثابت و 7 عضو ناظر دارد. حدود 40 کشور غیرعضو از جمله ایران نیز با این مرکز تفاهمنامه همکاری امضا کرده‌اند. به‌گفته مسوولان وزارت علوم، ایران در حال حاضر در زمینه ساخت برخی تجهیزات آزمایشگاه سی ام اس که یکی از 7 آزمایشگاه فعال در مرکز است مشارکت دارد. بودجه سالانه این مرکز که حدود یک میلیارد دلار است، توسط 20 کشور عضو پرداخت می‌شود و کشورهای دیگر برای استفاده از تجهیزات و حضور در آزمایشگاه‌ها حق عضویت پرداخت می‌کنند. حدود 8000 دانشمند و مهندس از 608 دانشگاه و مرکز تحقیقاتی از 113 کشور جهان در «سرن» مشغول به فعالیت هستند. دستاوردهای این مرکز و نقش انکار ناپذیر آن در پیشرفت علم حائزاهمیت است، به طوری که مرکز اتمی سرن را می‌توان یکی از خبرسازترین مراکز علمی سراسر جهان به شمار آورد. از موفقیت‌های سرن می‌توان به کشف بوزون‌های دبلیو و «زد» که وجودشان قبلا توسط نظریه نیروی الکترو ـ ضعیف پیش‌بینی شده بود، نام برد. کارلو روبیا و سیمون فاندرمیر، هر دو از سرن، به خاطر پیشرفت‌هایی که منجر به کشف این ذرات بنیادی شد، جایزه نوبل فیزیک 1984 را دریافت کردند. تولید اتم‌های پادهیدروژن در سال 1995 و جداسازی 38 عدد از این اتم‌ها و نگهداری آنها به‌مدت بیش از 15 دقیقه در سال‌های 2010 و 2011 از دیگر افتخارات این شاهکار مهندسی محسوب می‌شوند. نوبل فیزیک 1992 نیز به یکی دیگر از دانشمندان سرن به نام جورجیز چاپارک برای ساخت دستگاه‌های آشکارساز ذرات اهدا شد.

​سپتامبر 2011 آزمایشگاه اپرا در مرکز اتمی گرن‌ساسو‌ی کشور ایتالیا با همکاری سرن آزمایشی انجام دادند که نتیجه آن باعث ایجاد ابهام در صحت نظریه نسبیت اینشتین شد. آنها اعلام کردند نوترینو‌های شلیک شده از مرکز ‌سرن‌ مسافت 730 کیلومتری ژنو تا گرن‌ساسو را 60 هزار میلیونیم ثانیه سریع‌تر از نور پیموده‌اند. خبری که برای فیزیکدانان مانند یک شوک ناگهانی بود چراکه بنیان فیزیک جدید مانند نظریه ریسمان‌ها و نظریه‌ام بر نسبیت بنا شده است. ​ اوایل سال 2012 یکی دیگر از آزمایشگاه‌های مرکز گرن‌ساسو به نام ایکاروس با تحلیل مجدد نتایج آزمایش و کنترل دستگاه‌های اندازه گیری اعلام کرد که نتیجه حاصل ناشی از عدم اتصال صحیح کابل فیبر نوری یک واحد جی پی اس به یک کارت الکترونیکی بوده است. این کابل وظیفه تصحیح زمان حرکت نوترینوها را به عهده داشته که با توجه به خطای پیش آمده، عملا از مدار خارج شده است. بعد از برقراری اتصال موردنظر و اندازه‌گیری زمان انتقال داده‌ها در طول فیبر نوری مشخص شد که ‌نوترینو‌ها از سرعت نور پیشی نگرفته‌اند و نسبیت می‌تواند همچنان به حاکمیت خود ادامه دهد.