بوزون هیگز

بوزون هیگز  یا سازوکار BEH برگرفته از نامِ پیتر هیگز، معروف به ذرّهٔ خدا، یک ذره بنیادی اولیه دارای جرم است. مشاهده تجربی این ذره باعث شد دانشمندان بتوانند دربارهٔ چگونگی جرم‌دار شدن ماده توسط ذرات بنیادی بدون جرم دیگر، توضیح دهند. به‌طور خاص، بوزون هیگز، 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 یک مؤلفه بسیار مهم در دنیای ماده است.

در ۴ ژوئیه ۲۰۱۲ سرن (CERN) در سمیناری اعلام کرد، که یک بوزون معادل ۱۲۵ گیگا الکترون ولت در دو اسپکترومتر جداگانه کشف و مشاهده شده‌است.

نظریه هیگز 
براساس نظریه هیگز، کل جهان ما را میدان هیگز فرا گرفته‌است. برای این‌که تصوری از میدان داشته باشید، میدان آشناتر الکترومغناطیس را در نظر بگیرید. همه شما احتمالاً این آزمایش معروف را یا انجام داده‌اید یا دیده‌اید که یک آهن‌ربا را زیر یک کاغذ می‌گذاریم، روی کاغذ براده‌های آهن می‌ریزیم و می‌بینیم که این براده‌ها در مسیرهای مشخصی که خطوط میدان مغناطیسی هستند، قرار می‌گیرند. در واقع آهن‌ربا یک میدان مغناطیسی دارد که بر موادی که خاصیت فلزی دارند تأثیر می‌گذارد

براساس نظریه هیگز، مهم نیست اطراف یک جرم باشید یا جایی که فکر می‌کنید خلأ است؛ همه جا میدان هیگز وجود دارد. اگر می‌خواهید تصور بهتری از نوع حضور این میدان داشته باشید، یک آکواریوم را تصور کنید که پر از آب است. برای ماهی‌ای که درون این آکواریوم است شاید بقیه فضای آکواریوم خالی به نظر آید، اما می‌دانیم که مملو از ماده‌ای به نام آب است که این آب عمدتاً از ماده‌ای به نام مولکول آب یا H2O تشکیل شده‌است. میدان هیگز هم به همین ترتیب همه جا را دربر گرفته، ولی به جای مولکول‌های آب از ذره‌ای بنیادی به نام بوزون هیگز تشکیل شده‌است. این ذره بنیادی جرم مشخصی دارد و نسبتاً ذره سنگینی به‌شمار می‌رود، اما مهم‌تر از جرم خودش این ویژگی مهم را دارد که با ذرات بنیادی دیگر اطراف خودش واکنش نشان می‌دهد. مثل ذرات براده آهن که در میدان مغناطیسی واکنش نشان می‌دادند و در مسیرهای مشخصی قرار می‌گرفتند هر ذره با این بوزون‌های هیگز در حال واکنش دادن است. آنچه ذره هیگز را مهم می‌کند، این است که بر اساس این نظریه، نوع و قدرت واکنش بوزون‌های هیگز با مواد و ذرات بنیادی اطرافش معلوم می‌کند که آن ذره چقدر جرم داشته باشد؛ یعنی جرم الکترون به دلیل قدرت واکنش الکترون‌ها با بوزون هیگز است. اگر فوتون تقریباً بدون جرم است به این دلیل است که واکنشش با بوزون‌های هیگز بسیار ضعیف است و در عوض الکترون واکنش قوی‌تری دارد.

از طرف دیگر چون بوزون‌های هیگز همه جای میدان هیگز قرار دارند و همه عالم را پر کرده‌اند (مانند آب درون آکواریوم) پس یک ذره مانند الکترون یا فوتون فارغ از این‌که کجای عالم قرار دارد، به‌طور دائمی در حال واکنش با بوزون هیگز است و در نتیجه جرم ثابتی دارد.

جرم ذرات 
به این ترتیب در مدل استاندارد ذرات بنیادی بوزون‌های هیگز می‌توانند توضیح دهند که چرا هر ذره جرم مخصوص به خود را دارد. اما این ذره تا پیش از این، یک ذره نظری بود که هرگز در آزمایشگاه مشاهده نشده و تنها حاصل محاسبات ریاضیاتی بود. این ذرات را تنها می‌توان زمانی آشکار کرد که بتوانیم برخوردهای بزرگی را میان ذرات بنیادی ایجاد کنیم و در شرایط آشوبناک و آزاد شدن انرژی حاصل از برخورد، این شانس را به وجود بیاوریم که این ذره برای مدتی ظاهر شود و آن را آشکار کنیم. یکی از دلایل اصلی و هدف‌های علمی اولیه ساخت شتاب‌دهنده بزرگ‌هادرونی در مرکز تحقیقات سرن نیز تلاش برای آشکار کردن این ذره و تأیید وجود آن بود. البته اگر تلاش سرن هم مانند تواترون در آزمایشگاه ملی فرمی به ثمر نمی‌رسید و بوزون هیگز پیدا نمی‌شد هم اتفاق مهمی در دنیای فیزیک محسوب می‌شد، چرا که در این صورت دانشمندان باید سراغ نظریات پیچیده‌تری برای توجیه جرم مواد بروند که به نام نظریات فارغ از هیگز معروف هستند.

نزدیک شدن به پایان کار بوزون هیگز 
اطلاعات تازه از بزرگ‌ترین برخورد دهنده‌های ذرات در جهان یعنی سرن و تواترون نشان می‌دهد بوزون هیگز به زودی در دسترس خواهد بود. پیش از این خبرهای زیادی در مورد کشف این ذره به گوش رسیده بود. هر دو شتاب‌دهنده در محل برخورد ذرات، انرژی زیادی کشف کرده‌اند که نشانه‌ای از ظهور این ذره است.
در ۱۳ دسامبر ۲۰۱۱ مسئولان پروژه‌های اطلس و سی‌ام‌اس در کنفرانسی خبری در سرن گفتند که در این آزمایش‌ها ذراتی دیده‌اند که معادل ۱۲۵ تا ۱۲۷ گیگاالکترون‌ولت، (۱۲۷۷۸۵۰۰۰۰۰۰ الکترون ولت) جرم داشته‌اند. با این حال گفته شده‌است که از نظر آماری، اطمینان کمی نسبت به این یافته و جرمی که سنجیده شده‌است وجود دارد و پژوهشگران برای آن که رسماً مدعی این اکتشاف شوند، باید به آزمایش و تحلیل‌های بیشتری دست بزنند.

در تاریخ چهارم ژوئیه ۲۰۱۲ دانشمندان مرکز تحقیقات سرن در سوئیس اعلام کردند که در آزمایش‌های خود ذره «بوزون هیگز» را مشاهده کرده‌اند.

ذرّهٔ خدا 
پس از نوشته شدن کتابی بنام «ذرّهٔ خدا اگر پاسخ کائنات است، سؤال چیست؟» توسط لیان لدرمن که در آن این ذره را «ذرّهٔ خدا» نامید، اغلب در رسانه‌ها از بوزون هیگز به عنوان «ذره خدا» یا «ذره الهی» یاد می‌شود. لیان لدرمن به مزاح اما به صراحت در صفحه ۲۲ کتابش نوشته‌است که تصمیم داشته ذره‌ای که اثبات وجودش آن همه هزینه برده و دانشمندان را دهه‌ها سال به زحمت انداخته‌است را "goddamn"؛ (ذرّهٔ لعنتی، یا ذرّهٔ از سوی خدا لعنت شده)، نام دهد اما به سبب اینکه ناشر از چاپ این نام سر باز می‌زده damn آخر آن را حذف کرده و اینگونه شد که ذرّهٔ خدا نام گرفت که البته با مخالفت زیادی از سوی کاشفان این ذره پیتر هیگز و فرانسوا انگلر مواجه شد.

اعلام رسمی کشف بوزون هیگز 
در ۱۴ مارس ۲۰۱۳ (۲۴ اسفند ۹۱) فیزیکدانان برخورددهنده هادرونی بزرگ (به انگلیسی:large hadron collider) مرکز سرن خبر کشف ذره بوزون هیگز را به‌طور رسمی اعلام کردند.
پس از دو مشاهده برخورد و شناسایی اولیه بوزون هیگز در برخورد دهنده CMS و اطلس در ماه‌های گذشته حال با تأیید شناسایی این ذره، فیزیک ذرات مدل استاندارد تکمیل شده‌است.

مشارکت ایران 

دانشجویانی از پژوهشگاه دانشهای بنیادی طی سه مرحله به مرکز تحقیقات هسته ای اروپا (سرن) اعزام شده و در داده‌گیری و تحلیل داده‌های شتابگر بزرگ هادرونی مشارکت داشته‌اند.

جستارهای وابسته 
 مدل استاندارد فیزیک ذرات
 برخورددهنده هادرونی بزرگ
 سازوکار هیگز

پیوند به بیرون 
 ما تقریباً مطمئنیم ذره خدا را کشف کرده‌ایم

منابع 
 
کشف بوزون هیگز.

بوزون
تغییرات فازی
جرم (فیزیک)
دانش در ۲۰۱۲ (میلادی)
ذرات بنیادی
فیزیک ذرات بنیادی
مدل استاندارد (ذرات بنیادی)
نظریه الکتروضعیف
ویکی‌سازی رباتیک