نگاهی به سرن - ویدیوی مشترک با فکر بزرگ
وقتی که هدفمون شناخت بهتر جهانی باشه که داریم توش
زندگی می‌کنیم، دو تا مسیر مختلف جلوی پامونه.
یا شروع کنیم به رصد فضا و ستاره‌ها و سیارات و کهکشانا،
یا اینکه بریم سراغ اجزای سازنده‌ی جهان یعنی اتما و ذراتی که اتما رو میسازن.
کاری که ناسا انجام میده میشه گفت که بیشتر حالت اوله، یعنی با قسمتای بزرگ
دنیا سروکار داره، بیشتر دنبال کشف ناشناخته‌های فضاس.
اما برای حالت دوم چیکار کردیم؟
یعنی یه سازمانی مثلا تو ابعاد ناسا داریم که تمرکزش روی اتما باشه و ریزترین چیزایی که
اتما رو میسازن بررسی کنه و دنبال کشف مسائل جدید تو این حوزه باشه؟
خبر خوب اینه که آره، یه همچین سازمانی وجود داره،
و اگه کارش مهمتر از کاری که ناسا انجام میده نباشه، کم‌اهمیت‌تر هم نیست.
این سازمان، اسمش هست سرن (CERN) یا سازمان اروپایی تحقیقات هسته‌ای.
امروز میخوام درباره‌ی بزرگترین مرکز فیزیک هسته‌ای جهان
صحبت کنم که خیلی از پیشرفتای امروز زندگی ما، بدون اینکه
اطلاعی داشته باشیم، نتیجه‌ی کار آزمایشگاه‌های سرن بوده.
بعدشم با دوست خوبم علی همراه میشیم که خودش اونجا
حضور داشته و از دانش و تجربیات خوبش برامون میگه و
ویدیوهایی که از اونجا ضبط کرده بهمون نشون میده.
علی دانشجوی دکترای فیزیک تو آلمانه که یه کانال یوتیوب عالی هم
داره به نام کانال فکر بزرگ (Fekre Bozorg) که لینکشو زیر همین
ویدیو میذارم پیشنهاد میکنم عضو بشید و از مطالب خوبش استفاده کنید.
سپتامبر 1954 دوازده تا از کشورای اروپایی از جمله سوییس و فرانسه و آلمان و
ایتالیا و سوئد و هلند و چند تا کشور دیگه، یه سازمانی تشکیل دادن
برای تاسیس آزمایشگاه‌های تحقیقات هسته‌ای.
اسمش سازمان اروپایی تحقیقات هسته‌ای بود که مخففش به فرانسوی میشد CERN.
بعدا چندتا کشورای اروپایی دیگه هم عضو شدن، به اضافه‌ی چندتا کشور غیر اروپایی
مثل آمریکا و ژاپن و روسیه و هند و چند تا کشور دیگه که اینا به عنوان ناظر هستن.
غیر از اینا کلی کشور دیگه هم مشارکت دارن که ایرانم جزو همین کشورا هست.
یعنی میشه گفت با اختلاف زیاد، بزرگترین همکاری علمی بین‌المللیه که اتفاقا خیلی هم
تلاش میشه که مسائل و اختلافات سیاسی و مذهبی و این چیزا روش تاثیری نذاره.
برای همین از کشورا و قومیتا و مذاهب مختلف کل دنیا می‌تونن از نزدیک
از تحقیقات جالب علمیش بازدید کنن، یا مشارکت داشته باشن،
یا از دانشگاه‌های مختلف دنیا اساتید و دانشجوها می‌تونن اونجا
حضور داشته باشن و لبه‌های دانش بشرو از نزدیک لمس کنن.
اصلا بودجه‌ی این سازمان که الان بزرگترین مرکز تحقیقاتی جهانه،
از همین کشورای عضوش تامین میشه مخصوصا اون کشورای اروپایی که اعضای اصلیشن.
سرن شمال غربی شهر ژنو سوییس ساخته شده، یعنی در واقع صد متر زیر سطح زمین،
روی مرز فرانسه و سوییس ساخته شده که بیشترشم داخل خاک فرانسه‌س.
بزرگترین قسمتش، برخورددهندهی بزرگ هادرونی یا LHC (Large Hadron Collider)
هست که یه تونل خیلی بزرگ به طول 27 کیلومتره که به شکل دایره ساخته شده.
بریم توضیحات جالب علی رو بشنویم در مورد اینکه اصلا این
برخورددهنده چی هست و چه کارایی توش انجام میشه.
سلام به همه‌ی بچه‌های کانال آرانتیک، من علی‌ام
از کانال فکر بزرگ، وقت اینه که ساکو ببندیم و بریم با هم سوییس.
سرن، همونجور که می‌بینید یه مرکز تحقیقاتی خیلی بزرگه،
از چندین حلقه‌ی شتاب‌دهنده تشکیل شده همونجوری که
احمد براتون توضیح داد یه سری چیزای اولیه‌شو.
چندتا نقطه وجود داره روی این حلقه‌ها، چندتا مسیر وجود داره که هر تقاطع این مسیرها
یسری دستگاه‌های دتکتور وجود داره که آزمایش‌ها اونجا انجام میشه.
معروفاش CMS و اطلسه که توش هیگز بوزون هم کشف شده.
دتکتورهای CMS تقریبا صد متر زیر زمین قرار داره.
کل این 27 کیلومتر تونل، زمان آزمایش با هلیوم مایع پر میشه،
تا بتونن به دمای خیلی خیلی پایین برسن تقریبا منفی 270 درجه‌ی سانتیگراد که تمام فلزاتی
که تو اطراف اون تونل هستن که مغناطیسیو ایجاد میکنن که به اون ذره شتاب میده
به حالت سوپر پانداکتر در بیان و سوپر پانداکتر این‌جوریه که جریان خیلی خیلی زیادی
از خودش عبور میده و مقاومتش تقریبا صفره و اون باعث میشه که mdm magnet
خیلی قوی ایجاد بشه که خب شتاب بیشتری به اون ذره بده.
این‌جام براتون عکس گرفتم که یه نوار خیلی باریک سوپر پانداکتر که
از نیوبیوم تیتانیوم هست 13000 آمپر جریان از خودش عبور میده
و در کنارش یه سیم مسی رو می‌بینید که معادل چقدر مقدار سیم مسیه
که بخواد 13000 آمپرو از خودش عبور بده.
یه چیز جالب که میخوام براتون بگم اینه که تو هر آزمایشی که تو سرن انجام میشه،
آزمایش‌های خیلی بزرگی که مثلا دتکتورهای CMS و اینا انجام میدن
صد ترابایت تو هر ثانیه اطلاعات تولید میشه، 5000 تا cpu
پردازشش میکنن تقریبا و درانتها چیزی که خلاصشو فیلتر‌شدش میمونه تقریبا
10000 ترابایت اطلاعاته که نیاز به آنالیز داره و نتیجه‌ی آزمایشو بخوان بگن.
یکی از معضلات دیگه، مشکل مهندسیه یعنی چیزی که بهش توجه نمیشه
خب از دید ما، با نگاه فیزیکی بخوایم نگاه بکنیم یه سری تئوریش وجود داره
انجام میشه میره، ولی اینی که اینو به واقعیت برسونن کار مهندساس.
یعنی واقعا کار سختیه که بخوان به همچین فاصله‌هایی این دقت خیلی بالارو
داشته باشن که در حد میکرومتر در حد نانومتر همه‌چی کار بکنه.
مثلا مهندسین متالورژی که تونستن یه ماده‌ای و پیدا بکنن یا سرهم بکنن
جوری که بتونن ستون‌های این تونلو درست بکنن چونکه داخل تونل منفی 270
درجه‌ی سانتیگراده و بیرون تونل دمای عادی محیطه و این اختلاف دمایی که
مثلا تو فاصله‌ی شاید 20 30 سانتی‌متری ایجاد میشه،
میتونه ماده رو نابود بکنه، از هم بپاشونتش.
اینی که چجوری بتونی مهندسی بکنی این دمارو تفکیک بکنی از هم دیگه
خیلی چلنج‌های این شکلی هست توی ساخت این پروژه و اصن راه‌اندازیشو به واقعیت
رسوندنش که مخفیه یعنی تئوریش یه چیزیه که خب ادم میتونه سریع
توضیح بده ولی اینی‌که چجوری این به واقعیت رسیده خیلی چیز عجیبیه.
پس به طور خلاصه، داخل این تونل، ذرات زیراتمی مثل پروتون‌ها رو
به یه سرعت خیلی بالایی نزدیک سرعت نور می‌رسونن و می‌کوبنشون به همدیگه،
که اینکار باعث میشه که وقتی این ذرات با یه انرژی خیلی زیادی به هم برخورد میکنن
ذرات جدیدی تشکیل بشن که طول عمر خیلی کوتاهی دارن.
حالا این به چه درد ما می‌خوره؟
خب می‌دونیم که اتما خودشون از ذرات زیراتمی ساخته شدن یعنی الکترون و پروتون و نوترون.
بعضی از این ذرات، معروفن به ذرات بنیادی.
یعنی خودشون از ذرات دیگه‌ای تشکیل نشدن.
مثلا الکترون خودش یه ذره‌ی بنیادیه چون از یه ذره‌ی دیگه‌ای تشکیل نشده.
اما پروتون و نوترون بنیادی نیستن، خودشون از ذرات دیگه‌ای ساخته شدن به نام کوارک.
هرچقدر که ما ریزتر میشیم توی این بلوک‌های سازنده‌ی جهان،
اطلاعات بیشتری به دست میاریم از مبدا پیدایش جهان،
اینکه جهان چطوری به وجود اومده، چطور به این شکل فعلی رسیده.
یعنی این برخورددهندهی بزرگ هادرونی داره سعی میکنه
شرایط اولیه‌ی تشکیل جهان بعد از بیگ‌بنگ رو شبیه‌سازی کنه یعنی اون زمانی که
ذرات سازنده‌ی جهان با یه انرژی خیلی زیادی به هم برخورد می‌کردن.
پس یکی از مهمترین اهداف سرن، میشه گفت که جواب دادن به این سواله که جهان
چطوری به وجود اومده، که این یکی از بزرگترین سوالات ما انسانهاس.
اما هدف سرن فقط این نیست.
تو دو تا حوزه‌ی بزرگ دیگه هم فعالیت میکنه، یعنی آموزش و خلق فناوری‌های جدید.
یکی از مهمترین ابداعاتی که تو سرن انجام شده همین
اینترنتیه که الان زندگی خیلی از ماها بهش وابسته است.
در واقع این شبکه‌ی جهان‌گستر یا World Wide Web که مخففش میشه WWW ،
این سال 1989 برای برقرار کردن یه ارتباط مناسب بین کامپیوترای سرن ابداع شد.
اما بعد از چهار پنج سال عمومی شدو همینطور رشد کرد تا به این چیزی که الان هست رسید.
در کل تحقیقات و کشفیاتی که تو سرن انجام شده روی همه چیز زندگی ما
تاثیر داشته، از دستگاه‌های پزشکی و داروها و قطعات الکترونیکی و هزارتا چیز دیگه.
طبق آمار سایت خودشون حدود 2500 نفر کارمند دارن
ولی خب تعداد آدمایی که توی پروژه‌های مختلف مشارکت علمی یا
فنی دارن از کشورای مختلف حدود 17000 نفره.
ورودی سرن هم یه نمایشگاه وجود داره که بازدید ازش برای عموم آزاده و میتونه
اطلاعات خیلی خوبی به ما بده از اینکه هر بخش سرن دقیقا چی هستو چیکار میکنه.
خب همونطور که احمد گفت، یکی از اهداف سرن کامل کردن جدول ذرات زیراتمی بود.
بیاین باهم خیلی کوتاه به این بپردازیم که اصن
این جدوله چیو دقیقا داره به ما نشون میده.
قسمت بنفش کوارکان، شیش تا کوارک داریم up و down.
کوارکز چیزین که کل متریالو تشکیل میدن، کل ماده از اونا تشکیل شده.
پس ذرات اتمی تشکیل دهنده‌ی پروتون و نوترون ان
که خودشون توی هسته‌ی اتم‌ان و ماهم از اتم تشکیل شدیم.
بقیه، top, bottom و charm و strange
اینا فقط کوارک‌‌هایین که احتیاج بوده بهشون تا اینکه ما بتونیم
تئوری‌ایو که داریمو اثبات بکنیم و توی آزمایشامون ببینیمش و
با وجود اینا تمام آزمایشات ما درست پیش میرفت
تا همه چیش درست بوده، بقیه فقط تئوری‌ان.
و شیش تا رنگ سبز پایینی لپتون‌هان.
لپتون‌ها ذرات سبکن که الکترون معروف‌ترینشونه.
و انواع و اقسام نوترینوها که اونم واسه خودش یه ویدیوی مفصل لازم داره که
اصلا توضیح بدیم که نوترینو چیه ولی خب فقط میتونم بهتون بگم که
یسری ذرات سبکی‌ان که از برهمکنش‌های اتمی به وجود میاد.
ستون بغل، رنگ قرمز بوزون‌هان.
بوزون‌ها دراصل حامل‌های انرژی‌ان یعنی نمیشه بهشون ذره گفت
که معروف‌ترینشون فوتونه که به اصطلاح روزمرگی بهش میگن نور.
اینا هرکدوم مسئول یسری از انرژی‌هان یعنی مثلا فوتون مسئول
انرژی الکترومغناطیسه، حاصل برهم‌کنش الکترومغناطیسه.
گلوئون انرژی‌ایه که هسته‌ی اتم رو پایدار نگه میداره چون در حقیقت، ما از دبیرستان
می‌دونیم که دوتا بار مثبت همدیگرو دفع میکنن مثلا هلیوم توی هسته‌ی اتم دوتا
پروتون داره بیرون دوتا الکترون داره، ساده‌ترین اتم.
و خب دوتا پروتون کنار هم دیگه، دوتا بار مثبت توی هسته‌ی اتم
باید همدیگرو دفع کنن و خب اتم متلاشی میشه.
چیزی که اینارو باهم نگه میداره چیزیه به اسم گلوئون.
اون انرژیه که این دوتا رو توی هسته نگه میداره.
پایینیش w و z بوزون، اینا بوزون‌های خیلی سنگینی‌ان
که همونجوری که بالاش یه عدد کوچیک نوشته
توی ذرات زیراتمی دیگه جرم به چیزی مثل گرم و کیلوگرم و
اینجور چیزا نیستش برحسب انرژیه که الکترون ولت واحدشه
که جرم z بوزون و w بوزون، 90 و 80 گیگا الکترون ولته.
ولی خب همه‌ی اینا اوکی بود یعنی همه چیو می‌دونستیم ما.
یه سوال خیلی بزرگ مطرح شد که کلا اصن این جرما
از کجا اومدن؟ این انرژیا از کجا اومدن که مثلا
کوارک جرم داره یا مثلا z بوزون یه جرمی داره
انقدر گیگا الکترون ولت یا انقدر مگا الکترون ولت. اینا از کجا پیداشون شد؟
بخوام براتون اینجوری مثال بزنم این مثالی که پیتر هیگز
خودش زده بود یا خیلی از دانشمندای دیگه قبل از اون
زده بودن برای فهمیدن این موضوع، نظریه‌ی میدانه.
یعنی حالا نمیخوام از کلمات قلمبه سلمبه‌ش
استفاده بکنم سعی میکنم خیلی ساده توضیح بدم.
فرض کنیم شما یه استخر پر از آب دارید و یه آدم
زیرآب راه میره، یه آدمم لبه‌ی استخر راه میره.
دوتا آدمی که کامل زیر آب و لبه‌ی استخر راه میرن
کدوم زودتر میرسه به انتهای استخر؟ خب قاعدتا آدمی که
بیرون استخره چون اون مقاومت هوارو داره
ولی اون کسی که توی آبه مقاومت آبو داره.
حالا اگر اون کسی که بیرون استخره دو تا آدم باشه، یکیشون خیلی
چاق باشه یکیشون خیلی لاغر، زیاد تفاوتی نداره دوتاشون شاید همزمان
برسن ولی اون کسی که توی آبه خیلی تفاوت
ایجاد میشه بین اون کسی که چاقه، اون کسی که لاغره.
دقیقا این ایده‌اس کل موضوع، که یه چیزی به اسم فیلد
