ذره بنیادی جدید توسط فیزیکدانان کشف شد

به گزارش ایسنا به نقل از اسپیس، بوزون هیگز یک ذره بنیادی اولیه دارای جرم است که مسئول جرم بخشیدن به سایر ذرات است.

این ذره جدید که به نوعی پسرعموی مغناطیسی بوزون هیگز است، میتواند نامزدی برای ماده تاریک (Dark matter) باشد که خود ۸۵ درصد از جرم کل جهان را تشکیل می دهد و تنها از طریق جاذبه خود را نشان می دهد.

"کنت برچ" (Kenneth Burch)، استاد فیزیک در کالج بوستون و محقق ارشد تیمی که این کشف را انجام داد، به "لایو ساینس" گفته است: وقتی دانشجوی من داده ها را به من نشان داد، فکر کردم که اشتباه می کند. کشف یک ذره جدید روی میز اتفاقی نیست که هرروز رخ دهد.

"بوزون هیگز محوری" با بوزون هیگز، که برای اولین بار توسط آشکارسازهای ATLAS و CMS برخورد دهنده هادرونی بزرگ یک دهه پیش در سال ۲۰۱۲ شناسایی شد، متفاوت است. زیرا این ذره دارای یک گشتاور مغناطیسی و جهت مغناطیسی است که یک میدان مغناطیسی ایجاد می کنند. به این ترتیب، برای توصیف آن به نظریه پیچیده تری نسبت به پسرعموی غیر مغناطیسی آن نیاز داریم.

در مدل استاندارد فیزیک ذرات، ذرات از میدان های مختلفی که در جهان نفوذ می کنند، پدید می آیند و بعضی از این ذرات نیروهای بنیادی جهان را شکل می دهند. برای مثال فوتون ها ذرات تشکیل دهنده الکترومغناطیس هستند و ذرات سنگینی که به بوزون های W و Z شناخته می شوند ، تشکیل دهنده نیروی هسته ای ضعیف هستند که فروپاشی هسته ای در سطوح زیراتمی را کنترل می کنند. با این حال، زمانی که جهان جوان و داغ بود، الکترومغناطیس و نیروی ضعیف هسته ای با یکدیگر یکی بودند و این ذرات نیز تقریباً یکسان بودند. با سرد شدن جهان، ذرات از یکدیگر جدا شدند و بوزون های W و Z جرم پیدا کردند و رفتار بسیار متفاوتی نسبت به فوتون ها از خود نشان دادند، فرآیندی که فیزیکدانان آنرا "شکست تقارن" (symmetry breaking) می نامند. اما دقیقاً چگونه این ذرات اینقدر سنگین شدند؟

به نظر میرسد که این ذرات با یک میدان جداگانه، به نام میدان هیگز، برهم کنش داشته اند. آشفتگی در آن میدان باعث پیدایش بوزون هیگز شد و به بوزون های W و Z جرم بخشید.

هر زمان که چنین تقارنی شکسته شود، بوزون هیگز در طبیعت تولید می شود.

نظریه پشت تشکیل "بوزون هیگز محوری" پیچیده تر است.

"برچ" می گوید:در مورد  "بوزون هیگز محوری"، به نظر می رسد که تقارن های متعدد همزمان شکسته شده اند که منجر به شکل جدیدی از نظریه و حالت هیگز می شود که برای توصیف آن به پارامترهای متعددی از جمله انرژی و گشتاور مغناطیسی نیاز است.

"برچ" که همراه با همکارانش این ذره جدید را در مطالعه ای که در روز چهارشنبه (۸ ژوئن) در مجله نیچر منتشر شده است، تشریح کرده، توضیح می دهد که بوزون هیگز اصلی مستقیماً با نور ادغام نمی شود، این بدان معناست که باید آن را با برخورد ذرات دیگر به یکدیگر و همراه با آهنرباهای عظیم و لیزرهای پرقدرت و در عین حال خنک کردن همزمان نمونه ها تا دمای بسیار پائین ایجاد کرد. فروپاشی ذرات اولیه و تبدیل آن ها به ذرات دیگر که به طور گذرا به وجود می آیند، وجود هیگز را آشکار می کند.

از سوی دیگر، "بوزون هیگز محوری" زمانی به وجود آمد که مواد کوانتومی در دمای اتاق مجموعه خاصی از نوسانات، موسوم به "وضعیت هیگز محوری" (axial Higgs mode) را شبیه سازی کردند. سپس محققان از پراکندگی نور برای مشاهده این ذره استفاده کردند.

فیزیکدانان ذرات، پیش از این وجود "وضعیت هیگز محوری" را پیش بینی کرده بودند و حتی از آن برای توضیح ماده تاریک استفاده کرده بودند، ولی این نخستین بار است که این ذره مشاهده می شود. همچنین این اولین باری است که دانشمندان ایجاد حالتی از ماده را در نتیجه شکست های متعدد تقارن مشاهده می کنند.

شکست تقارن زمانی اتفاق می افتد که یک سیستم متقارن که در همه جهات یکسان بنظر میرسد، نامتقارن شود.

"برچ" می گوید که علیرغم پیش بینی فیزیکدانان، مشاهده "بوزون هیگز محوری" برای تیم آنها غافلگیرکننده بود و آن ها یک سال تلاش کردند تا نتایج خود را تائید کنند.