برخورددهنده بزرگ هادرون (به انگلیسی: Large Hadron Collider) یا به طور مختصر ال‌اچ‌سی (LHC) یک شتابدهنده ذره‌ای و برخورددهنده در سرن در نزدیکی ژنو سوئیس است. این پروژه در ۱۰ سپتامبر ۲۰۰۸ میلادی (۲۰ شهریور ۱۳۸۷ هجری شمسی) پس از ۲۰ سال آماده‌سازی، آغاز به کار کرد. هدف از ساختن آن شناخت اجرام ماده در حد فاصل 10 − 23 سانتیمتر، آزمون نظریه استاندارد ذرات، کشف اجزای یافت نشده مدل استاندارد، آزمون نظریه ابرتقارن و نظریه وحدت بزرگ است. از دیگر اهداف مهم این پروژه کشف ذره بنیادی هیگز است که فیزیکدانان ذرات بنیادی وجود آن را پیشگویی کرده‌اند. ذرهٔ هیگز یا بوزون هیگز دخیل در ایجاد جرم در ذرات بنیادی است.
در این آزمایشگاه، پروتون‌ها، در یک تونل ۲۶ کیلومتری شتاب گرفته و به اندازه ۱۴ تریلیون الکترون ولت انرژی می‌گیرند و به هم برخورد می‌کنند تا این برخورد، ردی از بوزون هیگز را نشان‌دهد. [۱]
این شتاب دهنده در تاریخ دهم سپتامبر 2008 راه اندازی شد ولی نه روز بعد به علت نقص فنی و بالا رفتن دمای آهنرباهای ابر رسانا که باید در دماهای پایین کار کنند متوقف شد. این شتاب دهنده بعد از 14 ماه وقفه در تاریخ 21 نوامبر 2009 مجدداً راه اندازی شد
بامداد روز چهارشنبه، 10 سپتامبر (20 شهریور)، متخصصان LHC، واقع در مرز سوئیس و فرانسه، پرتوهای پر انرژی پروتونی را با سرعتی نزدیک به سرعت حرکت نور به دستگاه برخورد دهنده بزرگ هادرون (ال اچ سی)، بزرگترین دستگاه شتابدهنده ذره ای، وارد کردند.
صدها پژوهشگر از کشورهای مختلف از جمله از ایران در اجرای این آزمایش و بررسی نتایج به دست آمده از آن مشارکت دارند.
دستگاه ال اچ سی شامل تونلی مدور به طول بیست و هفت کیلومتر در عمق متوسط یکصد متری زیرزمین در مرز سوئیس و فرانسه است که بیش از هزار دستگاه مغناطیسی خم کننده در آن تعبیه شده است.
آیا بشر موفق به کشف ذره خدا می شود ؟
این خم کننده ها باعث تنظیم جهت حرکت پرتوهای پروتونی می شوند به نحوی که این پرتوها مسیر دایره شکل تونل را طی کنند.
پس از مرحله اول تابش پرتوها، پرتوهای دیگری نیز به داخل تونل تابیده می شوند و این دو پرتو در مکان های خاصی در طول تونل با یکدیگر تلاقی می کنند.
این آزمایش با هدف به آزمون گذاشتن "الگوی استاندارد" مربوط به مبدا پیدایش کیهان از طریق تبدیل ذرات بدون جرم به ماده دارای جرم به اجرا گذاشته می شود.
براساس این فرضیه، فوتون ها، که بسته های انرژی بدون جرم هستند، از طریق "مکانیسم هیگز" به ذرات بنیادی دارای جرم - موسوم به ذره الهی - به ماده دارای جرم تبدیل می شوند اما تا کنون مشاهده این پدیده در آزمایشگاه امکانپذیر نبوده است.
ذرات بنیادی دارای جرم
تایید فرضیه تبدیل ذرات بدون جرم به ذرات دارای جرم، به منزله گامی مهم در پذیرش فرضیه انفجار بزرگ (مهبانگ یا بیگ بنگ) به عنوان مبداء پیدایش کائنات و تشکیل کهکشان ها و در نهایت، منظومه شمسی و کره زمین خواهد بود.
پس از خاتمه آزمایش، دانشمندان برای یافتن ذرات دارای جرم، به بررسی مواد باقیمانده در محل برخورد پرتوهای متقابل خواهند پرداخت و انتظار می رود جمع آوری و تحلیل اطلاعات حاصل از این آزمایش شش ماه تا یک سال به طول انجامد.
پیتر هیگز، پژوهشگر هفتاد و نه ساله بریتانیایی و مبدع مکانیسم هیگز، گفته است که به اعتقاد وی، آزمایش سرن خواهد توانست وجود "ذره الهی" را نشان دهد.
طرح ساخت برخورد دهنده بزرگ هادرون Large Hadron Collider در اوایل دهه 1980 توسط سازمان اروپایی پژوهش هسته ای - سرن - مطرح شد تا برای این سئوال که چگونه ذرات بدون جرم می توانند دارای جرم شوند پاسخی بیابد.
این طرح سرانجام در سال 1996، با بودجه ای به مبلغ 2.6 میلیارد فرانک سوئیس به تصویب رسید و ساخت آن، با تاخیرهای مکرر و با بودجه ای تقریبا دو برابر تخمین اولیه، در سال جاری تکمیل شد.
سازمان اروپایی پژوهش هسته ای در سال 1954 توسط یازده کشور اروپایی برای تحقیقات پیرامون هسته اتم تشکیل شد اما به زودی به پژوهش در جنبه های دیگر فیزیک هسته ای و ذرات بنیادی نیز گرایش یافت.
در سال های بعد، شمار دیگری از کشورهای جهان به عنوان عضو اصلی یا ناظر در این سازمان پذیرفته شدند در حالیکه کشورهای دیگری، از جمله ایران، در تحقیقات مختلف این سازمان مشارکت داشته و از نتایج تحقیقات آن برخوردار می شوند
بوزون هیگز (به انگلیسی: Higgs boson) یا سازوکار BEH، یک ذره بنیادی اولیه فرضی دارای جرم است که وجود آن توسط مدل استاندارد فیزیک ذرات پیش‌بینی شده است. این بوزون، تنها ذرهٔ مدل استاندارد است که هنوز به صورت تجربی مشاهده نشده است. مشاهده تجربی این ذره ممکن است بتواند درباره چگونگی جرم‌دار شدن ماده توسط ذرات بنیادی بدون جرم دیگر، توضیح دهد. به طور خاص، بوزون هیگز، احتمالاً می‌تواند دلایلی برای تفاوت‌های بین فوتون که بدون جرم است و بوزون‌های W و Z که نسبتاً پرجرم هستند، ارائه کند. جرم ذرات بنیادی، تفاوت‌های بین الکترومغناطیس (که توسط فوتون‌ها ایجاد می‌شود) و نیروی هسته‌ای ضعیف (که توسط بوزون‌های W و Z ایجاد می‌شود) در ساختار میکروسکوپیک (و به‌طبع ماکروسکوپیک) ماده مؤثر هستند؛ بنابراین، بوزون هیگز -در صورت وجود- یک مؤلفه بسیار مهم در دنیای ماده است. تا کنون، هیچ آزمایشی بوزون هیگز را تشخیص نداده است؛ برخورددهنده بزرگ هادرون (LHC) در سرن (CERN) که در ۱۰ سپتامبر ۲۰۰۸ راه‌اندازی شد، قرار است شواهد تجربی کافی برای وجود یا عدم وجود این ذره ارائه کند.
پتر هیگز" فیزیکدان انگلیسی و پدر ذرات بنیادی "هیگز- بوزون" معتقد است که شتابدهنده جدید "ال.اچ.سی" آزمایشات خود را آغاز کند، وجود "ذرات هیگز" را ثابت خواهد کرد.
شتابدهنده عظیم "ال.اچ.سی" احتمالا قادر است بسیار زود شواهد و اطلاعاتی در رابطه با ذرات هیگز کشف و پیدا کند.
"ذرات هیگز" و همچنین "میدان هیگز" قرار است کیفیت پیدایش جرم در ذرات بنیادی ابراتمی را تشریح کنند. در حالیکه این تئوری امروزه به عنوان رکن اصلی فیزیک نوین قلمداد می شود اما این تئوری از 40 سال پیش تاکنون از طریق یک آزمایش ثابت نشده است.
هیگز با توجه به شروع آزمایشات شتابدهنده "ال.اچ.سی." در مرکز سازمان اروپایی پژوهش های هسته ای موسوم به "سی.ای.آر.ان." و یا " سرن" در ژنو می گوید، از زمان شروع این آزمایشات حداقل 2 سال طول خواهد کشید تا واقعا نتایج قانع کننده ای کسب شود.
این فیزیکدان مشهور جهانی افزود، دلیل این امر مدت زمان زیادی است که برای ارزیابی داده ها نیاز است.
هیگز 79 ساله که در ادینبورگ زندگی می کند، در دهه 1960 میلادی موجودیت ذرات هیگز را بطور تئوری پیش بینی کرد. کارشناسان و متخصصین احتمال می دهند که در صورتیکه آزمایشات واقعا این ذرات را ثابت کنند، "پتر هیگز" مطمئنا یکی از نامزدهای کسب جایزه نوبل فیزیک خواهد بود.
"رولف دیتر هویر" فیزیکدان آلمانی که قرار است از سال آینده ( 2009) ریاست سازمان اروپایی "سرن" را به عهده بگیرد نیز اخیرا تاکید کرد، تمرکز ویژه آزمایشات شتابدهنده " ال.اچ.سی." بر روی " ذرات هیگز" است.
هویر در پاسخ به اینکه آیا سازمان سرن با کشف ذرات هیگز مستحق دریافت جایزه نوبل خواهد شد؟ گفت، با چنین کشفی، مطمئنا آقای " پتر هیگز" مستحق دریافت جایزه نوبل خواهد بود.
این فیزیکدان مشهور جهان افزود، ما در فیزیک ذرات یک اصل ریاضی داریم که تاثیر متقابل بین ذرات را تشریح می کند. این اصل در مورد ذرات بدون جرم بسیار مطلوب صدق می کند اما ما در این میان می دانیم که ذرات جرم دارند و "مکانیسم هیگز" تشریح می کند که ذرات چگونه می توانند دارای یک جرم شوند.
این فیزیکدان آلمانی گفت، مکانیسم هیگز تاثیر متقابل ذرات با "میدان هیگز" را تشریح می کند. این میدان از طریق تاثیر متقابل با خود مجددا ذراتی موسوم به " ذرات هیگز" تولید می کند. در صورتیکه ذرات هیگز را کشف کنیم، می دانیم که مکانیسم هیگز وجود دارد و بدین ترتیب توضیح مدل استاندارد برای جرم ذرات بنیادی را در اختیار داریم.
هویر در پاسخ به اینکه آیا وجود ذرات هیگز را صرفا باور دارد و یا اینکه نسبت به وجود چنین ذراتی مطمئن است؟ گفت، من اعتقاد دارم که ذرات هیگز وجود دارند اما بطور قطع نمی دانم. من ابتدا زمانی این امر را قطعی می دانم که این ذرات را کشف و پیدا کنم.
این فیزیکدان افزود، من صرفا همین قدر می دانم که یک "چیزی" باید وجود داشته باشد که همان تاثیر و مکانیسم ذرات هیگز را دارد. باید توضیحی وجود داشته باشد که چرا ذرات بنیادی یک جرم دارند. هویر گفت، در صورت عدم کشف و پیدا کردن ذرات هیگز، باید یک چیز دیگری وجود داشته باشد و این امر بسیار جالب و هیجان انگیز خواهد بود.
هویر گفت، پژوهشگران هم اکنون بر روی ذرات هیگز تمرکز کرده اند، ما می دانیم که "چیز تازه ای" وجود دارد اما کیفیت و خصوصیت آن را نمی دانیم. در صورتیکه چیز دیگری غیر از ذرات هیگز وجود داشته باشد، باید خصوصیاتی شبیه به این ذرات داشته باشد.
هویر که از سال 2005 میلادی مدیر پژوهشی شتابدهنده آلمانی " دی.ای.اس.دبلیو." در هامبورگ است، همچنین گفت، ما هنوز قادر به تشریح و توضیح کیفیت 95 درصد از انرژی و ماده در کیهان و کائنات نیستیم.
هویر با تاکید بر اینکه فیزیکدانان در آغاز سومین هزاره هنوز نمی دانند که 95 درصد از جهان و کیهان از چه ساخته شده است افزود: بشر در دهه های گذشته موفقیت های جالب و شگفت آوری در بخش فیزیک ذرات داشته و کیفیت ماده در محیط اطراف خود را تشریح کرده ایم.
این متخصص فیزیک ذرات گفت، اما ماده ای را که ما به این نحو می شناسیم، صرفا 5 درصد از کیهان و گیتی را تشکیل می دهد و ما 95 درصد از عالم وجود و جهان هستی را نمی شناسیم.
هویر پیرامون تفاوت پیچیدگی آزمایشات شتابدهنده های "ال.اچ.سی." و "ال.ای.پی." گفت، هدف از آزمایشات " ال.ای.پی."، برخورد دادن و اصابت "الکترون" ها با ضد ذرات یا "پوزیترون" ها بود. الکترون ها و پوزیترون ها، ذرات نقطه مانند هستند.
این فیزیکدان افزود، هدف ما هم اکنون در آزمایشات شتابدهنده " ا ل.اچ.سی."، برخورد دادن و اصابت "پروتون" ها با " پروتون" ها است. پروتون ها ذرات نقطه مانند نیستند بلکه از توده ای از کوارک و گلئون تشکیل شده اند.
هویر گفت، هدف ما در آزمایشات، برخوردادن توده ای از کوارک و گلئون با توده ای از کوارک و گلئون را برخورد دهیم. اما از قبل نمی دانیم که آیا یک کوارک با یک کوارک ، یک کوارک با یک گلئون و یا یک گلئون با یک گلئون واکنش از خود نشان خواهند داد.
این متخصص آزمایشات شتابدهنده جدید " ال.اچ.سی." را بسیار پیچیده تر از آزمایشات شتابدهنده "ال.ای.پی." توصیف کرد و افزود، برخورد دادن و درک پروتون، بسیار سخت تر از اصابت و برخوردادن ذرات نقطه مانند ( الکترون و پوزیترون) است.
مترجم: مرتضی جوادیان
منابع: نشریه آلمانی دی سایت 3 سپتامبر 2008 و سایت جهان فیزیک