تجربة سيرن .. أكبر تجربة عرفتها البشرية
نظرتنا للكون .. على وشك أن تتغير، حيث قام العلماء اليوم بإجراء أول تجربة ناجحة لفهم كيفية نشأة الكون، وذلك باستخدام جهاز “صادم الهدرون الكبير” المعروف اختصارا بـ (LHC) والذي يقع في مجمع “سيرن” قرب مدينة جنيف في المنطقة الحدودية بين فرنسا وسويسرا، وتكلف إنشاؤه 6 مليارات دولار، وسيشارك في عملية تحليل النتائج 9 آلاف عالم حول العالم.
هذا الجهاز هو عبارة عن أكبر مسرع (معجل) جزئيات في العالم، بطول 27 كيلومتر، , وهو بذلك أكبر جهاز تم صنعه في تاريخ البشرية.
سيقوم العلماء بإطلاق شعاع من البروتونات في هذا المعجل وتسريعها لتصل إلى 99.99% من سرعة الضوء، ثم تعريضها لحوالي 7 تيرا (مليون مليون) إليكترون فولت من الطاقة، ثم تعريضها لشعاع من البروتونات في الاتجاه الآخر لإجبارها على الاصطدام.
ويتوقع العلماء أن يؤدي هذا كله إلى 600 مليون اصدام في الثانية الواحدة، ينتج عن كل اصطدام آلاف الجزئيات التي سيتم رصدها وتحليلها للتعرف عليها ودراستها، ولنتخيل معا طبيعة وحجم أجهزة الاستشعار الهائلة التي تم صنعها بواسطة العلماء والمهندسين لتسجيل والتقاط هذا العدد الخرافي من الاصطدامات متناهية الصغر في الثانية الواحدة.
التجربة التي تمت حتى الآن هي النجاح في إطلاق شعاع بروتونات في اتجاه واحد ووصولها للطرف الآخر إلى النقطة النهائية المحددة لها بنجاح، والخطوة التالية هي إطلاق شعاع البروتون المعاكس لإحداث عملية التصادم.
التجربة بالطبع هائلة جدا وتعتبر خلاصة العلم البشري خلال تاريخه، وتصنف على أنها أكبر تجربة علمية في تاريخ البشرية، ولنتعرف على بعض الحقائق والأرقام المذهلة (والمرعبة) لنعرف حجم التجربة:
- اصطدام حزمتين من البروتون يُولد مستويات حرارة قد تصل إلى ألف مليار درجة ! وفي ظرف جزء من الثانية، ستصبح النقطة متناهية الصغر الناتجة عن الاصطدام هي النقطة الأكثر حرارة في المجرة كلها !! وهي بذلك أكبر من الحرارة في باطن الشمس بـ 100000 مرة !!
- سيكون قلب مُصادم الهيدرونات الكبير (LHC) أضخم آلة تجميد في العالم. حيث يوجد 700000 لتر من الهليوم السائل تُبقي المغنطيسات في 271- درجة مئوية، وهي درجة حرارة أدنى من درجة حرارة الفضاء بين النجوم.
- البيانات والمعلومات الناتجة عن الاختبار حوالي 70000 جيغابايت في الثانية الواحدة ! لن يحفظ العلماء منه سوى ما يعادل 200000 دي في دي في السنة الواحدة، وتم عمل شبكة من عشرات الآلاف من أجهزة الكومبيوتر في شبكة خاصة تسمى Grid.
وهناك في المقابل مخاوف أبداها العديد من العلماء حول العالم من أن هذا الاصطدام قد يؤدي إلى حدوث ثقب أسود يقوم بابتلاع الأرض كلها ! ولكن العلماء المشرفون على هذا المشروع رفضوا هذه الفكرة تماما.
حتى أن الأمر أثار خيال كتاب قصص الخيال العلمي فكتب دان براون، مؤلف “شفرة دافنتشي” رواية بعنوان ”ملائكة وشياطين”، تخيل فيها مجتمعا سريا يريد أن يدمر الفاتيكان باستخدام قنبلة من المادة المضادة، تم سرقتها من معمل سيرن .
ومن الطريف أن علماء سيرن ردوا على هذه الرواية على موقعهم بأنه لا يوجد شيء اسمه قنبلة من المادة المضادة
وللمزيد من المعلومات عن سيرن وعن الجهاز يمكنكم تنزيل ” كتيب سيرن للأسئلة الشائعة“.
ولكن .. ما هي أصلا مسرعات الذرات؟ وما هي نظرية الانفجار الكبير الذين يريدون محاكاتها؟ وما هو الثقب الأسود ؟ وما هي المادة المضادة؟
هذه الأسئلة وغيرها نجيب عنها قريبا ..
على سطح الأرض .. لا يُـمثل معهد “سيرن”، الذي يقع شمال غرب مدينة جنيف على الحدود الفرنسية السويسرية، شيئا مُـلفتا للانتباه، حيث لا يشاهد المرء سوى بعض البنايات المتفرقة. في المقابل، يختفي “الوحش” في مكان يقع 100 متر تحت سطح الأرض، ويتمثل في حلقة يبلغ طولها 27 كيلومترا، مضافا إليها حلقة أصغر حجما لمرحلة ما قبل تسريع الجزيئات و4 أجهزة استشعار ضخمة جدا مخصّـصة للاصطدامات.
يحتلّ المعجّـل التصادمي الجديد للجزيئيات المعروف باسم LHC النّـفق الذي حُـفِـر في وقت سابق لاستضافة المعجّـل الكبير السابق (المعروف باسم LEP)، الذي وقع تفكيكه في عام 2000. بالإضافة إلى النفق الرئيسي، تشتمل شبكة الـ “سيرن” السفلية أنفاقا أخرى مخصصة يُـطلق عليها اسم “العبور” ، مثل هذا النفق الذي تمر عبره الأنابيب المخصصة لألياف الجزيئات الذاهبة من المعجّـل الأولي إلى المعجّـل الرئيسي.
في المواقع الأربعة التي تستقبل أجهزة الاستشعار، استوجب الأمر حفر كهوف عملاقة جدا وإنزال الرجال والمعدّات من فوق سطح الأرض إليها بواسطة رافعات ضخمة.
لإنجاز عملية تسريع الجزيئات، يحتاج المعجّـل LHC إلى عدد كبير من قطع المغناطيس الضخمة، حيث يبلغ تعدادها 1746 قطعة موزّعة على 27 كيلومترا، وهي المسافة الإجمالية للنفق. يوم 26 أبريل 2007، تستعدّ الرافعة لوضع قطعة المنغاطيس الأخيرة (بطول 15 مترا ووزن 33 طن) في الموضع المخصص لها.
نظرا لاشتمالها على عدد كبير جدا من المكوّنات، تتزايد احتمالات تعرّض المعجّـل الجديد للجزيئات، للأعطاب الصغيرة. في الصورة، مهندسة تقوم بالتثبّـت من الأداء الإلكتروني لبعض وسائل القياس على إحدى قِـطع المغناطيس.
إجراءات تثبُـت في غرفة التبريد المعدّة لتجربة ATLAS، حيث ستخترق جزيئات غاز الأرغون السائل بدرجة حرارة 180° تحت الصفر، لتجعل منه مادة مضيئة وتترك الجزيئات بالتالي الأثر الدالّ على عبورها.
سيرن تعود للعمل: تعرفوا على أكبر تجربة علمية في تاريخ البشرية
عاد أخيراً مسارع الهادرونات الكبير LHC إلى العمل يوم الجمعة الماضي بعد إصلاحات استمرت 14 شهر وتكلفت أكثر من 40 مليون دولار!
خبر مثير بالتأكيد، لكن إذا كانت هذه المرة الأولى التي تسمعون فيها اسم “مسارع الهادرونات الكبير” أو تجربة سيرن، فما رأيكم أن نتعرف في هذا الموضوع على أكبر تجربة علمية في تاريخ البشرية!!!
ولكن قبل أن نبدأ جهزوا أنفسكم واشحذوا أذهانكم لأننا سنذهب إلى عالم يصبح العلم فيه أغرب من الخيال!
ما هي سيرن CERN؟
سيرن هو اسم المنظمة الاوروبية للأبحاث النووية، وهو اختصار لاسم المنظمة بالفرنسية: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire، وهي أكبر مختبر للفيزياء الجزيئية في العالم.
ولسيرن مساهمات هائلة للبشرية في مجال الفيزياء وفي مجالات أخرى أيضاً، ولكم أن تتخيلوا أن الفضل في شبكة الويب التي تقرأون من خلالها هذا الموضوع هو العالم البريطاني السير تيم بيرنيرز لي الذي يعمل ضمن سيرن!
إذاً ما هي “تجربة سيرن”؟
قبل أن نعرف ما هي تجربة سيرن، لنتعرف أولاً على حقيقة ستفاجئكم كثيراً: تعلمون بالطبع أننا (أنا وأنت) نتكون ويتكون كل من حولنا من المادة، لكن هل تتصورا أن هذه المادة التي نظنها كل شيء ليست سوى 4% فقط من الكون الذي نعرفه؟!! وأن باقي الكون (96%) يتكون من أشياء غامضة لا يعرفها العلماء ولا يستطيعون رؤيتها بأجهزتهم وتلسكوبتها ولكنهم على يقين من وجودها لأنهم يشاهدون آثارها؟!!
هذا اللغز وهذه الحقيقة الغريبة هي أساس تجربة سيرن، حيث
يحاول العلماء اكتشاف أسرار المادة لنعرف حقيقة الكون الذي نعيش فيه.
وكيف يريد العلماء معرفة ذلك؟
من خلال تفكيك مكونات الذرة ومشاهدة ما تحتويه داخلها. لكن المشكلة أن مكونات الذرة صغيرة جداً جداً وتربطها قوى كبيرة جداً جداً لذا لا نستطيع تفكيكها بهذه البساطة. ما هو الحل إذاً؟
تخيل معي الآتي: لو أعطيتك مجموعة قطع ليجو (لعبة الفك والتركيب)، وكانت هذه القطع ملتصقة ببعضها البعض بشدة وقلت لك أني أريد منك فكّها من بعضها البعض بأي ثمن وبأي شكل. ماذا ستفعل؟
ستحاول بكل جهدك، ولكن إذا فشلت ستقوم بقذفها بكل قوتك في الحائط أو على الأرض في محاول لفصلها عن بعضها البعض بالقوة. وهذا هو ما يحاول العلماء فعله:
أن يقوموا بصدم الجزيئات ببعضها البعض بكل قوة لسحق هذه الجزيئات وتفكيكها إلى أبسط مكوناتها.
لكن السؤال هنا أيضاً، إذا كنا نقول أنها صغيرة جداً، كيف سيقوم العلماء بصدم هذه الذرات بكل قوة؟
لنجيب عن هذا السؤال بمثال آخر:
لو شبهنا الجزيء بالحَجَر. وقلت لك أنني أريد أن أقذف هذا الحجر لأبعد مسافة ممكنة؟ أي (بلغة علمية) أريد أن أجعله يكتسب أكبر طاقة ممكنة ليذهب إلى أبعد مسافة. ماذا ستفعل؟
لو كنت مكانك سأقوم بربط هذا الحجر بحبل وسأقوم بتحريكه في مسار دائري حول الحبل عدة مرات حتى يكتسب طاقة كبيرة ثم سأقوم بقذفه، تماماً مثلما يفعل قاذف الجُلّة في ألعاب الأولومبياد حين يدور حول نفسه أولاً مرة أو مرتين قبل قذف الجُلّة).
هذا هو أيضاً ما يفعله العلماء في سيرن، ولكن بدلاً من الحجر يوجد جزيء البروتون. وبدلاً من الحبل يوجد ما يسمى بمسارع الهادرونات الكبير.
ما هو مسارع الهادرونات الكبير؟
حاولوا أن تتتناسوا اسمه المخيف (لنسميه دودو مثلاً!)، ولننظر لدودو ببساطة على أنه نفق طويل للغاية (يصل طوله لـ27 كم!) ويقع تحت الأرض:
يمر هذا النفق تحت الحدود الفرنسية السويسرية بالقرب من مدينة جنيف، ويعتبر أضخم وأعقد جهاز عِلمي في العالم!
سيقوم العلماء بإطلاق شعاع من البرتونات في هذا النفق من أحد الاتجاهات، وإطلاق شعاع من اتجاه آخر، وسيظل هذان الشعاعان يدوران في هذا المسارع حتى تصل لسرعتهم لـ 99.9999991% من سرعة الضوء وحينها يصطدم هذان البروتونات ببعضهما البعض ليتم سحقهما، وحينها سيظهر البروتون المضاد الذي تحدثنا عنه في سلسلة المادة المضادة، وسيظهر أيضاً العديد من الألغاز التي يأمل العلماء أن تكشف أسرار الكون.
ما هي الألغاز التي يريد العلماء كشفها؟
1. اللغز الأساسي الذي يأمل العلماء اكتشافه هو ما يسمى بجسيم البوزون هيجز Higgs boson (اسمه لا يقل سوءاً عن مسارع الهادرونات!). وهو جسيم دون ذري لم يُكتشَف حتى الآن، لكن يعتقد العلماء أنه مصدر كتلة كل الأجسام في الكون، وأنه سبب وجود كتلة لي ولك ولكل ما حولنا، حيث يعتقد العلماء أن سبب وجود كُتل للأجسام في الكون هو تفاعل هذه الأجسام مع مجال هيجز (الذي لا نراه ولم نكتشفه بعد!).
2. يأمل العلماء أيضاً فهم حقيقة ما يوجد في 96% من الكون ولا نستطيع أن نراه!
3. يأمل العلماء كذلك الإجابة عن لغز اختفاء المادة المضادة، ويمكنكم مشاهدة سلسلة المادة المضادة لمعرفة المزيد عن هذه النقطة.
4. يريد العلماء بهذه التجربة محاكاة الظروف التي كانت موجودة بعد واحد على مليار من الثانية من نشأة الكون قبل 13,7 مليار عام!! 5. ثم أخيراً وليس آخراً يأمل العلماء الكشف عن الأبعاد الأخرى الموجودة في هذا الكون! (10 أبعاد كما يتوقع العلماء!!).
وهناك في المقابل مخاوف أبداها العديد من العلماء حول العالم من أن هذا الاصطدام قد يؤدي إلى حدوث ثقب أسود يقوم بابتلاع الأرض كلها ! ولكن العلماء المشرفون على هذا المشروع رفضوا هذه الفكرة تماما، حتى أن الأمر أثار خيال كتاب قصص الخيال العلمي فكتب دان براون، مؤلف “شفرة دافنتشي” رواية بعنوان ”ملائكة وشياطين”، تخيل فيها مجتمعا سريا يريد أن يدمر الفاتيكان باستخدام قنبلة من المادة المضادة، تم سرقتها من معمل سيرن، وتم عمل هذه الرواية في فيلم Angels & Demons الذي عُرض منذ عدة أشهر
وبهذه الإطلالة التي حاولت اختصارها قدر الإمكان، أخذنا فكرة سريعة عن تجربة سيرن وما يريد العلماء تحقيقه من خلالها. سنتابع تطورات هذا الموضوع خلال الأسابيع القادمة إن شاء الله. وأختم ببعض الحقائق المدهشة عن تجربة سيرن لتدركوا سر تسميتها بـ”أكبر تجربة علمية في تاريخ البشرية”:
- اصطدام حزمتين من البروتون يُولد مستويات حرارة قد تصل إلى ألف مليار درجة ! وفي ظرف جزء من الثانية، ستصبح النقطة متناهية الصغر الناتجة عن الاصطدام هي النقطة الأكثر حرارة في مجرتنا كلها (مجرة درب التبانة)!! وهي بذلك أكبر من الحرارة في باطن الشمس بـ 100,000 مرة !!
- سيكون قلب مُصادم الهيدرونات الكبير (LHC) أضخم آلة تجميد في العالم. حيث يوجد 700,000 لتر من الهليوم السائل تُبقي المغنطيسات في 271- درجة مئوية، وهي درجة حرارة أدنى من درجة حرارة الفضاء بين النجوم!
- البيانات والمعلومات الناتجة عن الاختبار حوالي 70000 جيغابايت في الثانية الواحدة ! لن يحفظ العلماء منه سوى ما يعادل 200000 دي في دي في السنة الواحدة، وتم عمل شبكة من عشرات الآلاف من أجهزة الكومبيوتر في شبكة خاصة تسمى Grid!
فيزيائيون يستعدون لإطلاق أكبر تجربة علمية في تاريخ البشرية
وضع اليوم 350 عالم فيزياء من 35 دولة الخطوط النهائية لعمل جهاز أطلقوا عليه اسم "أطلس" لرصد وتحليل البيانات التي سيقدمها المعجل النووي العملاق "هادورن" بالمركز الأوروبي للأبحاث النووية بجنيف، بعد بداية عمله في غضون أسابيع قليلة.
ويوصف المُعجّل "هادورن" والكاشف "أطلس" بأنهما أعقد جهازين علميين توصل إليها الإنسان إلى اليوم، ليقدما ما يقول عنها العلماء "أكبر تجربة في تاريخ العلوم الطبيعية، تهدف إلى معرفة أسرار نشأة الكون وطبيعة المادة".
وقال رئيس قسم الطاقة الفيزيائية بجامعة برن البروفيسور أنطونيو إريديتاتو للجزيرة نت إن لقاء العلماء في هذا المؤتمر الذي استمر أسبوعا كاملا "كان للتأكد من مراحل عمل برامج التشغيل وأجهزة الحاسوب، وفق المعايير القياسية الدقيقة والخطوات المتبعة لتلقي النتائج وتحليلها، وكيف يمكن التعامل في حالات الطوارئ التي لا نتوقعها في الأساس".
مخاوف غير مبررة
ونفى رئيس مجموعة تجهيز "أطلس" البروفيسور إريديتاتو أن يكون المؤتمر قد طرح المخاوف التي أثارها من قبل بعض المتشككين في نجاح "هادورن" أو التحذيرات من احتمال وقوع كارثة، لأنها مخاوف "ليست مبنية على أساس علمي سليم".
كما أوضح أن المخاوف من حدوث ما يوصف بثقب أسود سيبتلع الكون إثر انطلاق "هادورن" في العمل غير مبررة، "لأن قوة التصادم المتوقعة داخل الجهاز ليست مثل تلك التي تحدث بين المجرات والنجوم أو داخل الشمس، بل هي أشبه بسقوط قلم رصاص على الأرض من ارتفاع متر واحد".
ولتبسيط التجربة قال إريديتاتو "إن المخاوف التي يتحدثون عنها تكون عند انشطار نواة الذرة وحدوث ما توصف بالتفاعلات الانشطارية المتسلسلة مثل تلك التي تحدث في القنبلة النووية، بينما ما نقوم به هو الخطوة العكسية، أي أننا نسعى لإعادة البروتونات إلى الجزئيات عن طريق التصادم".
وقال إن النتائج المتوقعة من هذا التفاعل العكسي كثيرة، فمن تلك النتائج "يمكن التعرف بشكل عملي على تكوين المادة وكيف نشأ الكون، وسنحاول التعرف على صحة نظريتي التصادم الكبير والانفجار الهائل التي نعتقد أنها أدت إلى ظهور المجموعة الشمسية".
نتائج مفاجئة
لكنه في المقابل يرى أن جميع النتائج التي سيحصل عليها العلماء ستكون مفاجئة بكل المقاييس، "فهي إما ستعزز بقوة صحة النظريات التي لم نتمكن من إثباتها، أو تضع العلم أمام حقائق أخرى لم نكن نعرفها".
وبصفة عامة فإن تحليل البيانات التي سيرصدها "أطلس" ستستغرق وقتا طويلا، ويقول إريديتاتو "سنحصل على البيانات التي يمكن تحليلها بعد أسابيع من تشغيل المعجل "هادورن"، أما النتائج فقد تستغرق شهورا للحصول عليها.
ويبرر إريديتاتو هذا الوقت بحجم البيانات الهائل الناجم عن مليار عملية تصادم بين البروتونات تحدث في الثانية الواحدة داخل المعجل النووي العملاق "هادورن"، وتحتاج لمجموعة كبيرة من أجهزة الحاسوب لتحليلها وصولا إلى النتائج وربطها بعضها ببعض.
أجزاء أطلس
ويزن "أطلس" 7000 طن، ويبلغ محيطه 22 مترا، ويتكون من أربعة أجزاء، أهمها مُولد للمجال المغناطيسي بقوة 2 تسلا، يقوم برصد مراحل تأين الجزيئات وتغيير شحنتها، ثم جهاز تنسيق القوة المغناطيسية الناتجة لتكون متجانسة في تأثيرها على الجزئيات.
ويقوم مقياس الطاقة الحرارية بمتابعة وتحديد مسار الطاقة الناجمة عن المجال الكهرومغناطيسي، ويرصد التغيرات التي يحدثها هذا المجال نتيجة عملية التأين وتصادم البروتونات.
تليها وحدة رصد الجسيمات الناجمة عن مراحل التفاعل المختلفة في المعجل هادورن، التي تقوم بتصنيفها تمهيدا لتحليل كل نوع على انفصال قبل وحدة الربط بين البيانات التي تقوم بها مجموعة من الحواسيب.
المصدر
http://www.almos3a.com/
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
