چشمهای دنیای علم به مرکز سرن دوخته شده که نخستین لحظات پس از بیگ بنگ را بازسازی کرده و برای اولین بار در دنیا ضدماده را ایجاد کرده است. در همین راستا گفتگوی مشروحی با مدیرکل پروژه آزمایش "آلیس" در سرن را در ادامه می خوانید.
پروژه آشکارساز Alice (آزمایش یک برخوردهنده یونی بزرگ) در روزهای اخیر با استفاده از برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC) در سرن ژنو سوئیس موفق شده است دمای نخستین لحظات پس از Big Bang (انفجار بزرگ) را دوباره ایجاد کند.
از سویی دیگر فیزیکدانان دانشگاه کالگاری در مرکز سرن توانستند برای اولین بار ضدماده را تولید کنند. این ضدماده در حقیقت 38 اتم ضدهیدروژن است که به نظر می رسد تحقق تخیل "دن براون" خالق آثاری چون "رمز داوینچی" و "دیوها و فرشته ها" باشد. در حقیقت "دن براون" در رمان "دیوها و فرشته ها" نوشته است که یک فیزیکدان سرن با استفاده از برخورددهنده LHC موفق می شود ضدماده تولید کند که اکنون این پیش بینی هر چند در ابعاد کوچکتر به واقعیت بدل شده است.
* به عنوان اولین سئوال بفرمایید این پروژه با همکاری چه مراکزی انجام می شود؟
- پائولو جوبلینو- آزمایش آلیس یک پروژه جهانی است که در آن 116 موسسه تحقیقاتی از 33 کشور مختلف شرکت دارند که نه تنها از اروپا بلکه از سراسر دنیا هستند. در این پروژه برای مثال تیمهایی از کشورهای آمریکا، کوبا، مکزیک، هند و پاکستان نیز شرکت دارند. بنابراین کشورهایی که حتی از نظر روابط بین الملل به هم نزدیک نیستند در یک آزمایش علمی همچون پروژه "آلیس" درکنار هم کار می کنند. در واقع این نمادی از یک همکاری بین المللی کاملا علمی در فراسوی ایدئولوژیهای مختلف است. فکر می کنم که نه تنها از منظر علمی بلکه از جنبه عمومی نیز این همکاری بسیار جالب باشد. به طور کلی، زمانی که یک همکاری شکل می گیرد برای خود یک ساختار واقعی را ایجاد می کند. برای مثال، آزمایش آلیس برای خود نوعی پارلمان دارد که "هیئت همکاری" (COLLABORATION BOARD) نامیده می شود. هر موسسه چه بزرگ چه کوچک در این هیئت یک نماینده و یک حق رای دارد. سپس هیئت همکاری، "قدرت اجرایی" و اعضای هیئت مدیره را انتخاب می کند. برای انتخاب شدن، کسب حداکثر دو سوم آراء نیاز است. من در ماه مارس انتخاب شدم و از ماه ژانویه به مدت سه سال به عنوان مدیر کل پروژه وارد کار خواهم شد. اعضای هر موسسه مسئولان خود را (که همگی اعضای هیئت همکاری هستند) انتخاب می کنند. مرکز تحقیقات هسته ای اروپا (CERN) در راس تمام این موسسات قرار دارد. به این ترتیب سرن از یک مرکز اروپایی به یک مرکز جهانی تبدیل شده است که تقریبا از هر گوشه دنیا کاربرانی دارد. حتما می دانید که ایران هم توافقنامه ای را با سرن به امضا رسانده است و به نظرم در پروژه CMS مشارکت دارد. آیا شما هرگز در سرن بوده اید؟ ما روزانه پذیرای تعداد بسیاری از خبرنگاران سراسر دنیا هستیم.
* خیر؛ اما یکبار که از آنتهای امواج گرانشی "ویرگو" در پیزا بازدید کردم تصور کردم که LHC (برخورد دهنده بزرگ هادرون) می تواند تونلی شبیه به آن داشته باشد اما بسیار بزرگتر.
- بله. با این تفاوت که برای محافظت از پرتوها و تخریب حداقل، تونل LHC در عمق 50 متری زیر زمین به وسعت 27 کیلومتر در مرز فرانسه و سوئیس ساخته شده است. برخورد دهنده باید در یک طبقه باشد، درحالی که در بالای آن در عمقهای مختلف بخشهای دیگری وجود دارند که برخی از آنها 20 تا 30 متر هستند و برخی دیگر حتی به بیش از 100 متر می رسند و آشکارساز آلیس در عمق حدود 50 متری قرار گرفته است.
* در روزهای اخیر به شما مدال فیزیک مکزیک را اعطا کرده اند. می توانید در مورد این مدال بیشتر توضیح بدهید؟
آلیس بیش از یک گیگابایت در ثانیه اطلاعات می نویسد. در هر روز... برای روزهای متمادی.... و چندین پتابایت اطلاعات در هر سال. یک گیگابایت اطلاعات حدود حجم دایره المعارف بریتانیکا در یک CD است. بنابراین ما درهر ثانیه یک دایره المعارف می نویسم
- این مدال چندان برای فیزیک نبود. بلکه بیشتر به خاطر کارهایی بود که من در ترویج و توسعه تحقیقات در بخش فیزیک اتمی در مکزیک انجام داده بودم. امروز شرکت در آلیس یکی از مهمترین اقدامات علمی است که تاکنون در مکزیک اتفاق افتاده است. به طوریکه از این کشور 6 موسسه مختلف شرکت دارند که از این تعداد 3 موسسه در مکزیکوسیتی و 3 موسسه در شهرهای دیگر این کشور هستند. در کل، این چیزی است که من همیشه به دنبال آن بوده ام. در حال حاضر علاوه بر مکزیک، برزیل، کوبا و پرو نیز از حوزه آمریکای لاتین در این پروژه شرکت دارند و من نیز همچنان تلاش می کنم که این همکاری را حفظ کنم. چرا که در گذشته دانشمندان این کشورها تنها با آمریکا همکاری می کردند و با نگاهی به تاریخچه اعطای این مدال می توان فهمید که برندگان پیشین آن همگی یا مکزیکی بودند یا آمریکایی و من امسال به عنوان اولین اروپایی این مدال را گرفتم. این یک نشانه از یک تغییر واقعی است که نشان می دهد گرایش این کشور از همکاری تنها با آمریکا به سوی یک همکاری بسیار بازتر به سوی دنیا تغییر کرده است. به هر حال اروپا یک کشور خاص در سازمان ملل نیست بلکه مجموعه ای بزرگ از تعداد زیادی کشور است. بنابراین، کارکردن در سرن برای یک دانشمند غیراروپایی یک شراکت ایده آل است. چرا که این کار کردن همانند کار کردن در یک لابراتوار ملی یک کشور خاص نیست، چون سرن هیچ صاحبخانه ای ندارد. بی شک سرن یک همکاری بین المللی نمونه است.
آشکارساز آزمایش آلیس در برخوردهنده بزرگ سرن
* سرن چگونه شکل گرفت؟
- سرن بلافاصله پس از جنگ دوم جهانی و بعد از اینکه اروپاییها به کشتار هم پایان دادند متولد شد. این شورا اولین مدل امکان همکاری میان دشمنان سابق بود.
* به "آلیس" بازگردیم. از چه زمانی و چگونه آزمایش آلیس آغاز شد؟
- در این مورد باید یک داستان کوتاه را برای مقایسه بهتر تعریف کنم که مربوط به قمرهای مصنوعی است. یک روز زیبا یک آژانس فضایی اعلام می کند که می خواهد یک موشک جدید بسازد که ماهواره های با ابعاد مشخص را به مدارهای مشخص ببرد. بلافاصله، دانشمندان فکرهایشان را روی هم می گذارند تا به بهترین روش از این فرصت استفاده کنند و درحالی که آژانس فضایی موشک جدید را طراحی می کند و بعد آن را می سازد، آنها فکر می کنند ماهواره های جدیدی بسازند که وقتی موشک جدید در دسترس قرار گرفت با آن در مدار قرار داده شوند. هر ماهواره به طور کلی مجهز به بسیاری از دستگاههایی است که می توانند جنبه های مختلف پرتوهایی که از کیهان می رسند را اندازه گیری کنند.
* یعنی این داستان یک قیاس برای پروژه آلیس است؟
- بله. بیش از 20 سال قبل سرن مذاکراتی را درباره احتمال ساخت یک شتابگر پروتون آغاز کرد که بعدها به LHC تبدیل شد. بلافاصله پس از آغاز این مذاکرات، دانشمندان امکاناتی را تصور کردند که این شتابگر جدید می توانست ارائه کند و بنابراین آزمایشاتی را طراحی کردند. به ویژه، تقریبا خیلی زود معلوم شد که LHC باید در یک تونل 27 کیلومتری گسترده شود و بنابراین از یک محدودیت از پیش تعیین شده برای حداکثر انرژی قابل دسترس برخوردار بود و برای اینکه بتواند حتی اتفاقات بسیار نادر را رصد کند می خواست حداکثر تعداد احتمال برخوردهای پروتونی را داشته باشد. برای انجام این کار باید به جای یک دسته پروتون دو دسته پروتون را در مقابل یک دسته ضد پروتون شتاب می داد.
همان کاری که برای مثال اکنون شتابگر Tevatronدر لابراتوارهای فرمی در آمریکا انجام می دهند. مزیت این کار این است که پروتونها می توانند بسیار بیشتر از ضد پروتونها شتاب گیرند. دیده می شود که تولید ضدپروتون بسیار پچیده است اما با داشتن دو دسته پرتو از یک بار الکتریکی می توان دو حلقه ایجاد کرد که در آنها ذرات در جهت مخالف هم می چرخند و بعد در آزمایشات مختلف یعنی در جایی که دسته پرتوها متقاطع می شوند به هم برخورد می کنند، اما آزمایشات نشان داد که حتی می توان دو دسته هسته هم شتاب داد! (اما نمی توان یک دسته ضدهسته تولید کرد!) به این ترتیب در سال 1989 امکان انجام آزمایشاتی برای انجام نه تنها برخورد پروتونها بلکه حتی برخورد هسته ها نیز بررسی شد. (در زبان عامیانه به برخورد هسته ها "یونهای سنگین" می گویند اما در حقیقت هسته هستند).
* کار را با چند گروه آغاز کردید؟
- در آن زمان ما یک گروه کوچک متشکل از 15 تا 20 فیزیکدان بودیم که انجام پروژه های ساده تر و کلی تر را آغاز کردیم که یکی از آنها آزمایشی بود که بر روی این برخوردها مطالعه می کرد. از آن زمان به تدریج پروژه های ما واقعی تر شده و افراد بیشتری را به کار گرفته است. باید بدانید که فیزیکدانان پرمدعا هستند! و وقتی به چیزی که غیرممکن است فکر می کنند می گویند: "خیلی خوب! فناوریهای لازم را توسعه می دهیم. حتی اگر به سالها زمان نیاز داشته باشیم." برای "آلیس" 10 سال زمان صرف شد تا فناوریهای جدیدی که برای ساخت ابزارهای لازم در دسترس نبودند توسعه داده شوند. می دانید که در این آزمایشات حجم زیادی از داده ها نیز تولید می شود.
* حجم این اطلاعات چقدر است؟
- آلیس بیش از یک گیگابایت در ثانیه اطلاعات می نویسد. در هر روز... برای روزهای متمادی.... و چندین پتابایت اطلاعات در هر سال. یک گیگابایت اطلاعات حدود حجم دایره المعارف بریتانیکا در یک CD است. بنابراین ما در هر ثانیه یک دایره المعارف می نویسم و بعد باید تمام آن چیزی را که اتفاق افتاده است بازسازی کنیم. محاسبات دادها، مسئله ای به همان بزرگی خود آزمایش است. آلیس یکی از 4 آزمایش بزرگی است که ما با LHC انجام می دهیم. 3 آزمایش دیگر برای مطالعه بر روی برخوردهای میان پروتونها برنامه ریزی شده اند، درحالی که آلیس برای بررسی برخورد میان هسته ها است. بنابراین برای آلیس اکنون، لحظه بسیار مهمی است. چرا که تنها پس از یکسال که از شتاب میان پرتونها می گذرد سرانجام LHC شروع به شتاب دادن هسته ها کرده است.
* ممکن است در مورد نتایجی که این روزها صحبت از آن است توضیحاتی بدهید؟
نمی توان ضد اتمها را در یک مخزن به دام انداخت! چراکه خود مخزن از ماده تشکیل شده است و بنابراین ضد اتمها بلافاصله خود را با ماده مخزن غنی سازی می کنند. اما با به دام انداختن اتمهای ضدهیدروژن می توان خواص ضدماده را بررسی کرد
- کاری که ما انجام می دهیم تولید یک حالت از ماده بی نهایت فشرده و گرم در دمای 1700 میلیارد درجه است یعنی 100 هزار برابر بیش از دمای مرکز خورشید. هدف از تحقیقات ما مطالعه این است که این ذرات عادی که دنیای ما را می سازند چگونه از یک پلاسما تشکیل می شوند. این فرایندی است که جهان نخستین از آن عبور کرده است. درحقیقت ما موفق شدیم دمای حدود 10 میلیونیم ثانیه پس از بیگ بنگ را دوباره ایجاد کنیم. جهان هر روز وسعت می یابد و خنک می شود. در چند میلیونیم ثانیه پس از بیگ بنگ جهان از شکل پلاسمای مرکب از ذرات "کوارک" و "گلوئن" به شکل "هادرونها" درآمده است. (همانطور که پروتونها و نوترونها هسته ها را ساخته اند).
* اما اگر این دمای چند میلیونیم ثانیه پس از بیگ بنگ است چرا بسیاری از روزنامه های دنیا از اصطلاح "مینی بیگ بنگ" برای آنچه که در آزمایش آلیس رخ داد استفاده کردند. آیا این تیتر درست است؟
- خوب! کمی استعاره ای است. اما به اندازه کافی می تواند درباره آنچه که رخ داد توضیح دهد. در هر برخورد، یک حالت از ویژگیهای مشابه ویژگیهای جهان نخستین شکل می گیرد و بعد می توان تکامل جهان در هزاران برابر ثانیه پس از بیگ بنگ را مطالعه کرد.
* دو آزمایش دیگر یعنی "اطلس" و CMS در چه بخشهایی با "آلیس" همکاری می کنند؟
- آنها رقیب ما هستند! اما این رقابت بسیار خوب است چرا که یک نتیجه علمی مهم بدون تائید گروههای دیگری که به روشی مستقل کار می کنند قابل فهم نیست. کار کردن بدون رقابت بسیار دشوار است.
* روز جمعه فیزیکدانان دیگری که در سرن و با LHC کار می کنند موفق شدند 38 اتم از ضد هیدروژن را تولید کنند. می دانم که این نتایج مربوط به پروژه آلیس نیست اما آیا می توانم نظر شما را در این مورد بپرسم؟
- برای تولید اتمهای ضدماده دو "عنصر" نیاز است: ضد الکترون (یا پوزیترون) که جرم کوچک آن تولید این ذره در حجم زیاد را آسان می کند و ضد پروتونها که در اثر برخورد پروتونها در انرژی بالا تولید می شوند. در حال حاضر سرن اولین لابراتوار در دنیا است که موفق شده است چیزی بیشتر از این تولید کند. برای تولید اتمهای ضد هیدروژن اول نیاز است که ضد پروتونهایی که از برخورد پروتونها در انرژی بالا تولید شده اند را آهسته کرد، چرا که آنها در سرعت بسیار بالایی تولید شده اند و بعد باید آنها گروه بندی کرد. این چیزی جدید و بسیار دشوار و بغرنج است. به هر حال، پس از چند سال در سرن موفق شده اند برای تشکیل اتمهای ضد هیدروژن، چند ضد پروتون را با چند پوزیترون را ترکیب کنند. این گامی بسیار بزرگ از یک تجربه جدید است. در حقیقت سرن موفق شده است در یک تله مغناطیسی، ضد اتمهای تولید شده را به دام اندازد. (بدیهی است که نمی توان این ضد اتمها را در یک مخزن به دام انداخت! چرا که خود مخزن از ماده تشکیل شده است و بنابراین ضد اتمها بلافاصله خود را با ماده مخزن غنی سازی می کنند). اما با به دام انداختن اتمهای ضدهیدروژن می توان خواص ضدماده را بررسی کرد (برای مثال، تحقیق درمورد اینکه آیا این ضدماده تحت فشار یک جذب گرانشی قرار می گیرد یا خیر... یا اینکه آیا با همان سرعت ماده سقوط می کند یا خیر.) به هر حال ضد ماده به دست آمده تنها چند اتم است و با آن چیزی که "دن براون" در رمان "دیوها و فرشته ها" برای یک انفجار بزرگ تصور کرده است قابل مقایسه نیست!
در ادامه این مصاحبه دیدن تصاویر شبیه سازی ایجاد دوباره نخستین لحظات پس از بیگ بنگ خالی از لطف نیست:
دو توده از هسته اتمهای سرب در برخورد دهنده بزرگ هادرون در سرن به هم نزدیک می شوند
به هم برخورد می کنند و انفجار رخ می دهد. در لحظه برخورد دما و فشار به میلیاردها درجه می رسد
ذرات به پیرامون پراکنده می شوند. هر هسته از 200 ذره تشکیل شده است
رو به گسترده شدن پیش می روند
وسعت می یابند
و این بازسازی شرایطی است که کیهان در نخستین لحظات پس از بیگ بنگ شاهد آن بوده است
زینب حسینی از سایت نجوم ایران
به نقل از مهر