۱۰ سال پس از کشف «ذره خدا»؛ دانشمندان همچنان در پی اسرار «بوزون هیگز»

وجود این ذره که جرم‌دار شدن ماده را توضیح می‌دهد به لحاظ تئوریک در سال ۱۹۶۴ پیش‌بینی‌شده بود، اما تا حدود نیم قرن پس از آن دانشمندان در جستجوی اثبات آن بودند. 

این تلاش‌ها با آغاز به کار «ال.اچ.سی» یا همان «برخورد دهنده هادرونی بزرگ» در مرکز تحقیقاتی سرن سوئیس در سال ۲۰۱۰ وارد فاز نهایی شد و تنها دو سال پس از آن بود که ذره بوزون هیگز پیدا شد. کاشفان این ذره، پیتر هیگز بریتانیایی و فرانسوا انگلرت بلژیکی، جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۱۳ را به خود اختصاص دادند.

فابیولا جیانوتی، مدیر کل سرن، در یک کنفرانس مطبوعاتی گفت: «انتظار نداشتیم بوزون هیگز را به این سرعت ببینیم.» او اضافه کرد که زیرساخت‌های محاسباتی این مرکز بود که کشف بوزون هیگز را تسریع کرد. اما کشف این ذره چه تاثیری بر دنیای علم گذاشته است؟

دانشمندان می‌گویند کشف بوزون هیگز دنیای فیزیک ذرات را تغییر داد و درهایی را باز کرد که تا زمان کشف‌اش بسته بودند. جیان گیدیس، رئیس بخش فیزیک نظری سرن، در این باره می‌گوید: «فیزیک ذرات در ۱۰ سال گذشته بیشتر از ۳۰ سال گذشته تغییر کرده است.»

ویکتوریا مارتین، استاد فیزیک ذرات در دانشگاه ادینبورای اسکاتلند، با اشاره به این که کشف بوزون هیگز و اندازه‌گیری جرم آن تنها یک نقطه شروع بوده است می‌گوید: «ما ۱۰ سال گذشته را صرف آزمایش بوزون هیگز کرده‌ایم، زیرا کشف آن یک چیز بود و نحوه رفتار آن یک چیز دیگر.»

به اعتقاد دانشمندان وجود بوزون هیگز و نحوه رفتار آن سؤالاتی را درباره برخی از عمیق‌ترین حوزه‌های فیزیک بنیادی (نظیر ساختار ماده در جهان، سرنوشت جهان، پایداری جهان و چگونگی ارتباط ذرات بنیادی با یکدیگر) ایجاد کرده است.

یکی از این سوالات این است که اگر بوزون هیگز به ذرات ماده جرم می‌دهد، پس جرم خود آن از کجا می‌آید؟ دانشمندان بر این باورند که بوزون هیگز جرم خود را از برهمکنش با خودش به دست می‌آورد. با این حال این فرضیه هنوز ثابت نشده‌ است.

اندازه‌گیری‌های شتا‌ب‌دهنده هادرونی بزرگ نشان داده است که بوزون هیگز خود جرم بالایی دارد. در واقع ۱۲۵ میلیارد الکترون ولت، که حدود ۱۲۵ برابر سنگین‌تر از یکی از پروتون‌های دارای بار مثبت در هسته اتم است.

یکی دیگر از مسائلی که دانشمندان در پی فهم آن هستند این است که هر ذره‌ای که تا کنون بشر آن را شناخته دارای اسپین کوانتومی است، به جز بوزون هیگز. تیم‌های تحقیقاتی تا کنون در تلاش بوده‌اند اسپین بوزون هیگز را به نحوی اندازه‌گیری کنند، اما تا به حال هیچ مدرکی مبنی بر وجود چنین چرخشی را پیدا نکرده‌اند. محققان می‌گویند به دلیل ماهیت میدان هیگز، بر خلاف میدان‌های گرانشی و الکترومغناطیسی، اسپین کوانتومی وجود ندارد.

لاوه بر اسپین، محققان در دهه گذشته تلاش کرده‌اند تا طول عمر بوزون هیگز را مشخص کنند. تعیین دقیق این عمر بسیار دشوار است چرا که بوزون هیگز عمر بسیار زودگذری دارد.

مدل استاندارد فیزیک ذرات بنیادی پیش‌بینی می‌کند که یک بوزون هیگز قبل از تجزیه به ذرات زیراتمی برای مدت زمان کمی، یعنی فقط ۱۰ به توان منفی ۲۲ ثانیه، زنده می‌ماند. با این حال این محاسبه هنوز به صورت آزمایشی تأیید نشده است. فیزیکدانان امیدوارند که فاز عملیاتی بعدی آزمایشگاه سرن که از روز سه‌شنبه (۵ ژوئیه) آغاز می‌شود، بتواند همچون یک کرونومتر عمر بوزون هیگز را اندازه بگیرد.

دکتر مارتین در این باره می‌گوید: «ما امیدواریم به روشی غیرمستقیم بتوانیم اندازه‌گیری کنیم که بوزون هیگز چقدر زنده می‌ماند.»

درک چگونگی تجزیه بوزون هیگز به ذرات دیگر می‌تواند ذرات زیراتمی پنهان جدیدی را برای علم آشکار کند، این ذرات زیراتمی حتی می‌توانند شامل ذرات ماده تاریک نیز باشند. به همین دلیل است که دکتر جیانوتی بوزون هیگز را «ابزاری حیاتی برای کاوش در عمیق‌ترین اسرار فیزیک ذرات» توصیف کرده و می‌گوید: «بوزون هیگز یک میکروسکوپ بسیار دقیق برای مطالعه طبیعت در کوچکترین مقیاس و در عین حال تلسکوپ بسیار خوبی برای مطالعه فیزیک در مقیاس انرژی بسیار بالا است.»

در همین حال پژوهشگران می‌گویند تا کنون تحقیقات چیزی فراتر از آنچه می‌دانسته‌اند نشان نداده است. دکتر مارتین می‌گوید: «به نظر می‌رسد همه چیزهایی که تاکنون دیده‌ایم دقیقاً همان چیزی است که مدل استاندارد پیش‌بینی کرده است. اگرچه این جالب است، اما کمی ناامیدکننده است چرا که امیدوار بودیم بوزون هیگز به ما کمک کند فراتر از مدل استاندارد را ببینیم.»

حرکت فراتر از مدل استاندارد برای توضیح پدیده‌هایی اسرارآمیز مانند ماده تاریک و سیاه‌چاله‌ها ضروری است. از همین رو است که پس از چهار سال عملیات ارتقا و به‌روز‌رسانی، شتاب‌دهنده هادرونی بزرگ بار دیگر به سراغ بوزون هیگز رفته است.