راز «ذره خدا» / بوزون هیگز و معمای وزن در جهان!

بوزون هیگز به زبان ساده یکی از جذاب‌ترین و مهم‌ترین مباحث در فیزیک ذرات بنیادی محسوب می‌شود. مفهومی پیچیده که به‌عنوان حلقه‌ی گمشده در نظریه‌ی استاندارد ذرات معرفی شده و در نهایت با کشف این ذره در سال ۲۰۱۲ بسیاری از سوالات علمی پاسخ داده شد. در این مقاله سعی شده است تا به‌طور جامع و ساده با این موضوع آشنا شوید.

میدان هیگز؛ رابطی نامرئی که به ذرات جرم می‌بخشد

تصور کنید ذرات بنیادی در فضا آزادانه حرکت می‌کنند. اما برخی از آن‌ها گویی در محیطی مقاوم، مانند یک مایع چسبناک، گرفتار شده‌اند. این مقاومت به دلیل برهم‌کنش آن‌ها با میدان هیگز است؛ میدانی که در سراسر جهان گسترده شده و به ذراتی خاص مانند الکترون و کوارک جرم می‌بخشد.

آشنایی با بوزون هیگز

ذره‌ی هیگز، مشهور به ذره‌ی خدا، یکی از ذرات بنیادی جهان است که در سال ۲۰۱۲ به‌صورت عملی در آزمایش‌های پیچیده‌ی برخورددهنده‌های ذرات کشف شد. این ذره که اسپین آن صفر است و جرمی معادل ۱۲۵ گیگا الکترون‌ولت دارد، از ذرات بنیادی شناخته‌شده محسوب می‌شود. کاربرد حیاتی آن، ارتباط میان میدان و ذراتی است که جرم پیدا می‌کنند.

میدان هیگز چگونه کار می‌کند؟

میدان هیگز مانند دریایی از انرژی، در سراسر فضا-زمان گسترده شده است. ذرات هنگام عبور از این میدان، مقاومت‌هایی احساس می‌کنند که به آن‌ها جرم می‌دهد. برای مثال، الکترون که هنگام عبور از میدان هیگز به آرامی حرکت می‌کند، به دلیل این برهم‌کنش جرم پیدا می‌کند.

اهمیت کشف بوزون هیگز

دهه‌ها تلاش دانشمندان در شتاب‌دهنده‌های گوناگون مانند LEP، Tevatron و LHC، در نهایت با کشف بوزون هیگز به ثمر نشست. در سال ۲۰۱۲، هنگام بررسی واپاشی این ذره به بوزون Z، فوتون‌ها و دیگر ذرات، اطلاعات کافی برای تایید وجود بوزون هیگز فراهم آمد و مدل استاندارد فیزیک ذرات به‌طور کامل پذیرفته شد.

نموداری شگفت‌انگیز؛ تایید وجود ذره‌ی هیگز

در آزمایش‌های LHC، واپاشی بوزون هیگز به دو فوتون و مسیرهای دیگر بررسی شد. پس از پردازش حجم عظیمی از داده‌ها، نموداری رسم شد که قله‌ای کوچک در جرم ۱۲۵ گیگا الکترون‌ولت را آشکار کرد. این کشف، موفقیت تاریخی در علم فیزیک بود.

سوالات باقی‌مانده پس از کشف هیگز

با وجود کشف بوزون هیگز، هنوز پرسش‌های زیادی در رابطه با ماهیت میدان هیگز و ویژگی‌های آن وجود دارد. به‌عنوان مثال، چرا تنها برخی ذرات با این میدان تعامل دارند؟ یا منشا جرم نوترینوها چیست؟ تمام این سوالات، همچنان دانشمندان را به ادامه‌ی پژوهش و کشف‌های جدید ترغیب می‌کند.

بوزون هیگز، که به جهان جرم بخشید، نه‌تنها یک کشف علمی بزرگ بود بلکه توانست نگاه تازه‌ای به ساختار جهان ارائه دهد. بدون آن، جهان هستی نمی‌توانست به‌شکل کنونی وجود داشته باشد. اما این تنها آغازی برای پرسش‌های بی‌پایان درباره‌ی سازوکارهای فراتر از مدل استاندارد است.