مهندسي بي‌نهايت: برخورددهنده هادروني بزرگ
يك ماشين چرخشي عظيم در جايي بين مرز فرانسه و سوئيس، در ۱۰۰ متري زير زمين واقع شده و قرار است اسرار گيتي را براي ما آشكار كند. البته بر اساس گفته بعضي از افراد، اين ماشين مي‌تواند حيات را از روي زمين حذف كند. درهرصورت اين ماشين، بزرگ‌ترين ماشين دنيا است و قرار است كوچك‌ترين ذرات دنيا را مورد مطالعه قرار دهد. نام ماشين يادشده، برخورددهنده هادروني بزرگ (LHC) است.
برخورددهنده هادروني بزرگ بخشي از پروژه‌ي سازمان اروپايي پژوهش‌هاي هسته‌اي ملقب به سرن است. اين برخورددهنده به مجموعه‌ي شتاب‌دهنده خارج ژنو سوئيس ملحق مي‌شود. زماني كه اين برخورددهنده روشن شود، پرتوهايي از پروتون و يون را با سرعتي نزديك به سرعت نور پرتاب خواهد كرد. اين دستگاه باعث خواهد شد ذرات بايكديگر برخورد كنند و سپس حوادث ناشي از برخورد آن‌ها را ثبت خواهد كرد. دانشمندان اميدوارند كه اين حوادث بتوانند اطلاعات بيشتري درمورد چگونگي شروع گيتي و اينكه جهان از چه موادي تشكيل شده است، در اختيار ما قرار دهند.
مهندسان درحال نصب يك آهن‌رباي بزرگ در برخورددهنده هادروني بزرگ
LHC جاه‌طلبانه‌ترين و قدرتمندترين شتاب‌دهنده‌ي ذراتي است كه تابهحال ساخته شده. هزاران دانشمند از صدها كشور، با هم و به‌صورت رقابتي روي آن كار مي‌كنند تا به كشفيات و حقايق جديدي دست يابند. در محدوده‌ي LHC، شش موقعيت و مكان وجود دارد كه براي انجام آزمايشات مختلف، اطلاعات جمعآوري مي‌كنند. گاهي اوقات پيش مي‌آيد كه نتايج جديد به‌دست‌آمده از اين آزمايش‌ها توسط چند نفر به‌طور يكسان و همزمان به دست مي‌آيد، بنابراين دانشمندان سعي مي‌كنند اولين نفري باشند كه اطلاعات جديد و مهم را كشف كرده است.
هدف LHC يا برخورددهنده هادروني بزرگ، افزايش دانش ما درمورد گيتي است. بااينكه ممكن است كشفيات دانشمندان به متخصصد عملي نيز منتج شود؛ ولي بايد متذكر شويم كه دليل كار صدها دانشمند و مهندس از ساخت اين ماشين، درواقع افزايش درك و آگاهي ما است. با در انديشه متخصصين گرفتن اينكه هزينه‌هاي اين ماشين ميلياردها دلار است و به همكاري صدها كشور نياز دارد، نبود متخصصد عملي در آن باعث تعجب است.
برخورددهنده هادروني بزرگ دقيقا به دنبال چيست؟
دانشمندان در تلاشي براي درك گيتي (اينكه چگونه كار مي‌كند و ساختار اصلي آن چيست) انديشه متخصصينيه‌ي مدل استاندارد را مطرح كردند. اين انديشه متخصصينيه سعي در تعريف و توضيح ذرات بنيادي دارد كه دنيا را به اين شكل درآورده‌اند. اين انديشه متخصصينيه عناصر انديشه متخصصينيه نسبيت و انديشه متخصصينيه كوانتوم را ادغام مي‌كند و همچنين با ۳ مورد از ۴ نيروي اساسي گيتي، يعني نيروي هسته‌اي قوي، نيروي هسته‌اي ضعيف و نيروي الكترومغناطيس سروكار دارد؛ ولي با اثرات نيروي چهارم يعني گرانش كاري ندارد.
مدل استاندارد چند حدس درخصوص گيتي مطرح مي‌كند كه بسياري از آن‌ها بر اساس يافته‌هاي آزمايشي، صحيح هستند. اما چندين مورد از اين مدل وجود دارند كه هنوز اثبات نشده‌اند. يكي از اين موارد ذره انديشه متخصصيني بوزون هيگز است.
ذره‌ي بوزون هيگز احتمالا بتواند به پرسش‌ها درمورد جرم جواب دهد، مثلا اينكه چرا ماده جرم دارد؟ دانشمندان ذره‌هايي را كشف كرده‌اند كه جرم ندارند؛ مثل نوترينو. سؤال اينجا است كه چرا برخي از ذرات جرم دارند و بعضي ديگر ندارند؟ دانشمندان ايده‌هاي زيادي براي توضيح وجود جرم مطرح كرده‌اند. ساده‌ترين ايده مربوط‌به مكانيزم هيگز است. اين انديشه متخصصينيه مي‌گويد به دليل وجود يك ذره و نيروي ميانجي مرتبط با آن، برخي از ذرات جرم دارند. اين ذره‌ي انديشه متخصصيني (بوزون هيگز) در سال ۲۰۱۲ در همين مركز شناسايي شد.
سؤال ديگري كه دانشمندان درمورد ماده دارند، مربوط به شرايط اوليه گيتي مي‌شود. در لحظات ابتدايي پيدايش گيتي، ماده و انرژي جفت بودند و بعد از اينكه جدا شدند، ذرات ماده و پادماده همديگر را خنثي كردند. اگر مقدار ماده و پادماده يكسان بود، اين دو ذره همديگر را خنثي مي‌كردند. اما خوشبختانه (براي ما) مقدار ماده نسبت به پادماده در گيتي، كمي بيشتر است. دانشمندان اميدوارند بتوانند با LHC، پادماده را مشاهده كنند. اين كار به ما كمك مي‌كند بفهميم چرا چنين تفاوت بسيار اندكي ميان مقدار ماده و پادماده درزمان شروع گيتي وجود داشته است.
ماده‌ي تاريك همچنين ممكن است نقش مهمي در پژوهش LHC بازي كند. درك فعلي ما از گيتي مي‌گويد ماده‌اي كه مي‌توانيم آن را مشاهده كنيم، تنها حدود ۴ درصد از كل ماده‌اي است كه بايد وجود داشته باشد. وقتي به‌حركت كهكشان‌ها و ساير اجسام آسماني نگاه مي‌كنيم، با توجه به حركت آن‌ها متوجه مي‌شويم كه ماده‌ي بيشتري در گيتي نسبت به آن چيزي كه تابهحال شناسايي كرده‌ايم وجود دارد. دانشمندان اين ماده‌ي غير قابل تشخيص را ماده‌ي تاريك ناميده‌اند. ماده‌ي قابل مشاهده و ماده‌ي تاريك در مجموع ۲۵ درصد از گيتي را تشكيل مي‌دهند. سه‌چهارم بقيه از نيرويي به نام انرژي تاريك به دست مي‌آيد. انرژي تاريك، يك انرژي انديشه متخصصيني است كه به توسعه گيتي نسبت داده مي‌شود. دانشمندان اميدوارند كه آزمايشات شواهد بيشتري براي وجود ماده تاريك و انرژي تاريك ارائه دهد يا حداقل شواهدي ارائه دهد كه حاكي از وجود يك انديشه متخصصينيه جايگزين باشد.
پژوهش در مركز شتاب‌دهنده و كار با مواد شگفت‌انگيز
اگر ذرات انديشه متخصصيني، پادماده و انرژي تاريك طبيعي نباشند، برخي از دانشمندان معتقدند كه LHC مي‌تواند به‌كشف شواهدي مبني بر ابعاد ديگري كمك كند. ما ظاهرا در دنيايي زندگي مي‌كنيم كه داراي ۴ بعد است: سه بعد فضايي و بعد زمان. اما برخي از فيزيكدانان معتقدند كه شايد ابعادي وجود داشته باشند كه ما هنوز آن‌ها را درك نكرده‌ايم. برخي‌از انديشه متخصصينيه‌ها تنها زماني معنا پيدا مي‌كنند كه گيتي ابعاد بيشتري داشته باشد. به‌عنوان مثال، يكي‌از نسخه‌هاي انديشه متخصصينيه ريسمان به‌وجود حداقل ۱۱ بعد نيازمند است.
شايد ابعادي وجود داشته باشند كه ما هنوز آن‌ها را درك نكرده باشيم
انديشه متخصصينيه‌پردازان ريسمان اميدوارند كه LHC بتواند شواهدي براي همراهي‌از مدل گيتي مطرح‌شده توسط آن‌ها ارائه دهد. طبق نظٰريه ريسمان، اساس ساختمان سازنده گيتي، ذرات نيستند، بلكه ريسمان‌ها هستند و ماده در اساسي‌ترين صورت خود ذره نيست، بلكه ريسمان‌مانند است. ريسمان‌ها مي‌توانند پاياني باز يا بسته داشته باشند، و همچنين مثل تارهاي گيتار ارتعاش داشته باشند. ارتعاشات گوناگون، ريسمان‌ها را به شكل اشياي گوناگون ظاهر مي‌كند. يك ريسمان مرتعش مي‌تواند به‌شكل يك الكترون دربيايد. ريسمان مرتعش ديگري هم مي‌تواند به‌شكل يك نوترينو دربيايد. برخي‌از دانشمندان از انديشه متخصصينيه ريسمان انتقاد مي‌كنند و مي‌گويند كه شواهدي مبني‌بر همراهي از اين انديشه متخصصينيه وجود ندارد. انديشه متخصصينيه‌ي ريسمان، گرانش را وارد مدل استاندارد مي‌كند كه دانشمندان بايد براي اين‌كار يك انديشه متخصصينيه اضافي مطرح كنند. اين انديشه متخصصينيه همچنين انديشه متخصصينيه نسبيت عام و ميدان‌هاي كوانتومي را به‌هم مرتبط مي‌سازد. با اين حال هنوز اثباتي براي وجود انديشه متخصصينيه‌ي ريسمان وجود ندارد. اين‌ها بسيار كوچك‌تر از حدي هستند كه بتوان آن‌ها را مشاهده كرد و در حال حاضر راهي براي تست و مطالعه آن‌ها وجود ندارد. به‌همين‌دليل برخي از دانشمندان اين انديشه متخصصينيه را بيشتر شبيه‌به يك فلسفه مي‌دانند تا علم.
اين سختمان، مكاني است كه تجهيزات پژوهشي در ۱۰۰ متري بالاي سيم‌لوله فشرده ميوني در آن قرار دارد
انديشه متخصصينيه‌پردازان ريسمان اميدوارند كه LHC انديشه متخصصين منتقدان را تغيير دهد. آن‌ها به‌دنبال نشانه‌هايي از ابرتقارن مي‌گردند. طبق مدل استاندارد، هر ذره‌اي يك پادذره دارد. به‌عنوان مثال، پادذره الكترون (ذره‌اي با بار منفي)، پوزيترون است. طبق ابرتقارن، ذرات همچنين داراي ابرجفت هستند كه اين ابرجفت‌ها درعوض داراي ذرات مقابل خوشان هستند. اين بدين معناست كه هر ذره، سه ذره متقابل با خودش دارد. اگرچه تابهحال نشاني از اين ابرجفت‌ها ديده نشده است، ولي انديشه متخصصينيه‌پردازان اميدوارند كه LHC بتواند وجود آن‌ها را اثبات كند. ابرجفت مي‌تواند به‌طور بالقوه ماده تاريك را توضيح دهد و يا گرانش را وارد مدل استاندارد كند.
شتاب‌دهنده هادروني بزرگ از نگاه اعداد
برخورددهنده هادروني بزرگ يك ماشين بزرگ و قدرتمند متشكل از ۸ بخش است. هر بخش يك حالت تونلي دارد كه به‌وسيله‌ي بخش اتصال به ديگري وصل است. محدوده LHC حالت يك تونل ۲۷ كيلومتري دارد. لوله‌هاي شتاب‌دهنده و اتاق‌هاي برخورد ۱۰۰ متر زير زمين هستند. دانشمندان و مهندسان ازطريق آسانسور‌ها و راه پله‌هاي موجود در چندين نقطهي محدوده LHC به تونل خدمات ماشين دسترسي دارند. سرن سازه‌هايي روي زمين مي‌سازد تا دانشمندان درآنجا به جمعآوري و تحليل داده‌هاي به‌دست‌آمده از LHC بپردازند.
LHC از آهن‌رباهايي براي هدايت اشعه‌هاي پروتون كه سرعتي معادل ۹۹.۹۹ درصد سرعت نور را دارند، استفاده مي‌كند. اين آهنرباها بسيار بزرگ هستند و اكثر آن‌ها وزني چند تني دارند. چيزي حدود ۹۶۰۰ آهن‌ربا در LHC وجود دارد. اين آهنرباها تا دماي ۱.۹ درجه كلوين (منفي ۲۷۱ درجه سلسيوس) خنك مي‌شوند. اين دما حتي از دماي خلأ فضاي بيروني سردتر است.
هسته مغناطيسي برخورددهنده هادروني بزرگ
اشعه‌هاي پروتوني داخل LHC، ازطريق لوله‌هايي كه سرن آن‌ها را خلأ ماوراي بالا مي‌نامد، عبور مي‌كنند. دليل ساخت خلأ اين‌چنيني، جلوگيري از برخورد پروتون‌ها با ذرات، قبل از رسيدن آن‌ها به نقاط برخورد مناسب است. حتي يك مولكول گاز مي‌تواند آزمايش را با شكست مواجه كند.
مقدار داده‌هاي جمع‌آوري‌شده در آزمايش‌ها به چيزي حدود ۷۰۰ مگابايت برثانيه مي‌رسد
در محدوده‌ي LHC شش منطقه وجود دارد كه مهندسان مي‌توانند در آنجا آزمايش‌هاي خود را انجام دهند. اگر بخواهيم اين مناطق را تشبيه كنيم بايد بگوييم كه هرمنطقه شبيه به يك ميكروسكوپ با دوربين ديجيتال است؛ بعضي از اين ميكروسكوپ‌ها بسياربزرگ هستند: آزمايش اطلس يك دستگاه به‌طول ۴۵ متر، ارتفاع ۲۵ متر ، و وزن ۵۴۴۳ هزار كيلوگرم است.
LHC و آزمايش‌هاي مرتبط به آن داراي ۱۵۰ ميليون حسگر هستند. اين حسگرها داده‌ها را جمعآوري مي‌كنند و به سيستم‌هاي پردازشي مختلف مي‌فرستند. طبق اعلام سرن، مقدار داده‌هاي جمع‌آوري‌شده هنگام آزمايش‌ها به چيزي حدود ۷۰۰ مگابايت برثانيه مي‌رسد. اگر اساس كار آزمايش‌ها را به‌طور سالانه مطالعه كنيم، LHC چيزي حدود ۱۵ پتابايت داده جمعآوري مي‌كند. هر پتابايت، يك ميليون گيگابايت است. اين مقدار داده درهرسال چيزي معادل ۱۰۰ هزار DVD است.
مروري كلي بر آزمايشات برخورددهنده بزرگ هادروني
راه‌اندازي LHC انرژي زيادي مصرف مي‌كند. سرن تخمين مي‌‌زند كه مصرف برق سالانه براي اين برخورددهنده چيزي حدود ۸۰۰ هزار مگاوات ساعت خواهد بود. اين رقم حتي بالاتر از اين هم مي‌تواند برود، ولي اين ماشين قرار نيست در ماه‌هاي زمستان كار كند. طبق اعلام سرن، هزينه‌ي اين انرژي ۱۹ ميليون يورو است. هزينه برق آن به‌ازاي هرسال چيزي حدود ۳۰ ميليون دلار است و هزينه ساخت اين مجموعه بالغ‌بر ۶ ميليارد دلار است.
شتاب‌دهنده و برخورد دادن پروتون‌ها
قاعده LHC بسيار ساده است. اول ۲ اشعه از ذرات در ۲ مسير شليك مي‌شود، يكي در جهت عقربه‌هاي ساعت و ديگري درخلاف جهت عقربه‌هاي ساعت. به اشعه‌ها شتاب مي‌دهند تا سرعت آن‌ها به نزديكي سرعت نور برسد. سپس اشعه‌ها را به‌سمت يكديگر هدايت مي‌كنند، تا ببينند چه اتفاقي مي‌افتد.
تجهيزات مورد نياز براي رسيدن به چنين هدفي بسيار پيچيده است. LHC تنها يك بخش از مجموعه‌ي كلي شتاب‌دهنده‌ي سرن است. قبل از اينكه پروتون‌ها يا يون‌ها وارد LHC شوند، بايد يك سري اقدامات انجام شود.
بياييد نگاهي به پروتون در روندي كه در LHC طي مي‌كند، بيندازيم. ابتدا دانشمندان بايد الكترون‌ها را از اتم‌هاي هيدروژن جدا كنند تا پروتون به‌دست آيد. سپس پروتون‌ها وارد ماشين شتاب‌دهنده ذره‌اي خطي ۲ مي‌شوند. اين ماشين، پروتون‌ها را به‌سمت شتاب‌دهنده ديگري به‌نام تقويت‌كننده سنكروترون پروتون شليك مي‌كند. اين ماشين‌ها از دستگاه‌هايي به‌نام حفره‌ي فركانس راديويي براي شتاب دادن به پروتون‌ها استفاده مي‌كنند. اين حفره‌ها داراي يك ميدان الكتريكي فركانس راديويي هستند كه سرعت اشعه‌هاي پروتون را افزايش مي‌دهد. آهن‌رباهاي بزرگ، ميدان مغناطيسي لازم براي حفظ مسير اشعه‌هاي پروتون را توليد مي‌كنند. اگر اين جريان را به يك اتومبيل تشبيه كنيم، حفره‌هاي فركانس راديويي شتاب‌دهنده، و آهنرباها، فرمان اتومبيل هستند. زماني‌كه يك اشعه‌ي پروتوني به سطح انرژي مناسب برسد، تقويت‌كننده سنكروترون پروتون، آن را به شتاب‌دهنده ديگري به‌نام ابرسنكروترون پروتون مي‌فرستد. سرعت اشعه‌ها بازهم افزايش مي‌يابد. سپس اشعه‌ها به دو خوشه و دسته تقسيم مي‌شوند. هر دسته داراي ۱/۱ در ۱۰ به‌توان ۱۱ پروتون است و به‌ازاي هر اشعه، ۲۸۰۸ دسته وجود دارد. ابرسنكروترون پروتون اشعه‌ها را به LHC مي‌فرستد كه يكي‌از اشعه‌ها درجهت عقربه‌هاي ساعت و ديگري درخلاف جهت عقربه‌هاي ساعت حركت مي‌كنند.
مدلي‌از برخورددهنده هادروني بزرگ در مركز بازديد سرن در ژنو
اشعه‌ها داخل LHC به شتاب‌گرفتن ادامه مي‌دهند. اين شتاب‌گرفتن به مدت ۲۰ دقيقه طول مي‌كشد. اشعه‌ها وقتي به بالاترين سطح‌از سرعت رسيدند، هرثانيه ۱۱۲۴۵ بار مسير LHC را طي مي‌كنند. اين دو اشعه در يكي از ۶ محل شناسايي LHC همگرايي دارند. در اين محل، هرثانيه ۶۰۰ ميليون برخورد به‌وجود مي‌آيد.
وقتي دو پروتون بايكديگر برخورد مي‌كنند، به ذرات كوچك‌تري شكسته مي‌شوند كه شامل ذراتي زيراتمي به‌نام كوارك و نيرويي به‌نام گلوئون مي‌شود. كوارك‌ها بسيار بي‌ثبات هستند و در يك ثانيه واپاشي مي‌شوند. حسگرهاي شناسايي با رديابي مسير ذرات زيراتمي، اطلاعات جمعآوري مي‌كنند و سپس اين اطلاعات را به شبكه‌اي از سيستم‌هاي كامپيوتري مي‌فرستند.
هر پروتوني با پروتون ديگر برخورد نمي‌كند. حتي باوجود ماشين پيشرفته‌اي مثل LHC، بازهم هدايت اشعه‌هاي ذراتي به‌كوچكي پروتون‌ها غيرممكن است، بنابراين هر ذره با ديگري برخورد خواهد كرد. پروتون‌هايي كه بايكديگر برخورد نكنند، همين‌گونه به‌روند خود ادامه خواهند داد تا از بخش تخليه خارج شوند. بخشي وجود دارد كه از جنس گرافيت است و اشعه‌ها را جذب مي‌كند. بخش تخليه اشعه قادر است اشعه‌هايي را كه عملكرد اشتباهي در LHC دارند به خود جذب كند.
شناساگرهاي شتاب‌دهنده
LHC داراي ۶ محل يا منطقه شناسايي در محدوده‌ي خودش است. اين ۶ محل داده‌ها را جمعآوري مي‌كنند و آزمايش‌هايي را انجام مي‌دهند. برخي‌از اين آزمايش‌ها براي به‌دست آوردن اطلاعات يكساني انجام مي‌شود، هرچند كه روش انجام آن‌ها بايكديگر متفاوت است. ۴ محل شناسايي اصلي و ۲ محل كوچك‌تر در محدوده LHC وجود دارند.
محل شناسايي اطلس، بزرگ‌ترين محل شناسايي در بين اين ۶ محل است. اطلس طولي ۴۶ متري، ارتفاعي ۲۵ متري و عرضي ۲۵ متري دارد. در هسته‌ي اطلس، دستگاهي به‌نام ردياب داخلي وجود دارد. اين ردياب تكانه عبور ذرات از شناساگر اطلس را شناسايي و تحليل مي‌كند. در اطراف ردياب داخلي، يك كالريمتر وجود دارد كه انرژي ذرات را با جذب آن‌ها اندازه‌گيري مي‌كند. دانشمندان مي‌توانند با مطالعه مسير ذرات، اطلاعاتي درمورد آن‌ها به‌دست بياورند.
شناساگر اطلس، همچنين داراي يك طيف‌سنج ميوني است. ميون‌ها ذراتي با بار منفي هستند كه ۲۰۰ برابر سنگين‌تر از الكترون‌ها هستند. ميون‌ها مي‌توانند بدون اينكه متوقف شوند از كالريمتر عبور كنند و درواقع تنها ذره‌اي هستند كه مي‌توانند اين كار را انجام دهند. طيف‌سنج ميوني اطلس، تكانه هر ميون را با حسگرهاي ذرات باردار، اندازه‌گيري مي‌كند. اين حسگرها مي‌توانند نوسانات ميدان مغناطيسي اطلس را شناسايي كنند.
پيتر هيگز، فردي كه نام بوزون هيگز از نام او گرفته شده است، درحال قدم زدن در برخورددهنده هادروني بزرگ
سيم‌لوله فشرده ميوني (CMS)، يك شناساگر و آزمايش بزرگ ديگر است. CMS مانند اطلس، يك شناساگر همه‌منظوره است كه ذرات زيراتمي را هنگام برخوردها، شناسايي و اندازه‌گيري مي‌كند. CMS داخل يك آهن‌رباي سيم‌لوله بزرگ است كه مي‌تواند يك ميداني مغناطيسي با قدرتي حدود ۱۰۰ هزار برابر قوي‌تر از ميدان مغناطيسي كره‌زمين بسازد.
سپس نوبت‌به آليس مي‌رسد كه يك آزمايش برخورد يون بزرگ است. مهندسان آليس را براي مطالعه برخوردهاي بين يون‌هاي آهن طراحي كرده‌اند. دانشمندان اميدوارند با برخورد يون‌هاي آهن در انرژي بالا، شرايطي شبيه‌به دقيقا بعد از مه‌بانگ را بازسازي كنند. آن‌ها انتظار دارند كه يون‌ها به تركيبي از كوارك و گلوئون تجزيه شوند. يكي از بخش‌هاي اصلي آليس، اتاقك پروجكشن زمان است كه مسيرهاي ذرات را مطالعه و بازسازي مي‌كند. آليس هم مانند اطلس و CMS، داراي يك طيف‌سنج ميوني است.
آزمايش بعدي، LHCB يا LHC زيبايي است! هدف LHCB جست‌وجوي شواهدي براي وجود پادماده است. LHCB اين كار را با جست‌وجوي ذره‌اي به نام كوارك زيبايي انجام مي‌دهد. مجموعه‌اي از زيرشناساگرها در اطراف نقطه برخورد، ۲۰ متر در درازاي آن كشيده شده‌اند. اين شناساگرها با محدوده حركتي كمي كه دارند مي‌توانند به‌طور دقيق ذرات كوارك زيبايي را دريافت كنند. اين ذرات بسيار بي‌ثبات هستند و سريعا واپاشي مي‌شوند.
يكي از دو بخش كوچك از ۶ آزمايش، TOTAM يا اندازه‌گيري سطح مقطع پراكنده و كشسان است. اين آزمايش سايز پروتون‌ها و تابندگي (توان تابشي) LHC را اندازه‌گيري مي‌كند. تابندگي در فيزيك ذرات، به ميزان دقت توليد برخورد توسط شتاب‌دهنده ذرات اشاره دارد.
درنهايت به بخش LHCF مي‌رسيم. اين آزمايش اشعه‌هاي كيهاني را در يك محيط كنترل‌شده، شبيه‌سازي مي‌كند. هدف اين آزمايش كمك به دانشمندان براي طراحي آزمايشات گسترده براي مطالعه طبيعي برخورد اشعه‌هاي كيهاني است.
هرمحل آزمايش داراي تيمي از محققان است و هرتيم از چندده تا بيش از هزار دانشمند تشكيل شده است. در برخي از موارد، اين دانشمندان به‌دنبال اطلاعات يكساني مي‌گردند. كشف اطلاعات جديد براي اين دانشمندان همانند يك مسابقه است كه همگي سعي دارند زودتر از بقيه اطلاعات جديدي در فيزيك را كشف كنند.
اما سؤال اين‌جاست كه اين دانشمندان چگونه اطلاعات به‌دست آمده‌از اين آزمايشات را مديريت مي‌كنند؟
محاسبه داده‌هاي شتاب‌دهنده بزرگ چگونه انجام مي‌شود؟
دانشمندان هرساله ۱۵ پتابايت (۱۵ ميليون گيگابايت) توسط LHC جمعآوري مي‌كنند و وظيفه سنگيني درقبال اين اطلاعات دارند. چگونه مي‌توان اين مقدار اطلاعات را پردازش كرد؟ از كجا بايد بدانيم كه كدام قسمت از اين اطلاعات مفيد و برجسته است؟ حتي اگر از يك ابررايانه هم استفاده شود، پردازش اين حجم از اطلاعات هزاران ساعت طول خواهد كشيد. بااين حال، بازهم LHC به جمعآوري اطلاعات خود ادامه مي‌دهد.
راه‌حل سرن براي اين اشكال، شبكه محاسباتي مشبك LHC است. گريد شبكه‌اي از كامپيوترهايي است كه هركدام از آن‌ها مي‌توانند تكه‌اي از اطلاعات را تحليل كنند. زماني‌كه يك كامپيوتر تحليل خود را تكميل مي‌كند، يافته‌هايش را به يك كامپيوتر متمركز مي‌فرستد و تكه‌ي جديدي از اطلاعات را براي تحليل دريافت مي‌كند. تازماني‌كه دانشمندان بتوانند داده‌ها را قسمت‌بندي كنند، اين سيستم به‌خوبي كار مي‌كند. در صنعت كامپيوتر به‌چنين شيوه‌اي رايانش مشبك مي‌گويند.
دانشمندان سرن تصميم گرفتند روي استفاده از تجهيزات به‌نسبت ارزان براي محاسبات خود تمركز كنند. سرن به‌جاي خريد پردازنده‌ها و سرورهاي داده فوق‌پيشرفته، روي سخت‌افزارهاي خارج از رده‌اي تمركز كرد كه تنها در شبكه خوب كار كند. شيوه‌ي آن‌ها بسيار شبيه‌به استراتژي گوگل است. خريدن تعداد زيادي سخت‌افزار متوسط، بسيار مقرون‌به‌صرفه‌تر از خريد تنها تعداد محدودي از تجهيزات پيشرفته است.
آنگلا مركل، صدراعظم آلمان به‌همراه گروهي‌از مهندسان درحال بازديد‌از برخورددهنده هادروني بزرگ
شبكه‌ي كامپيوترها با استفاده از نرم‌افزار ميان‌افزار قادر است اطلاعات هر آزمايش انجام‌شده در LHC را ذخيره و تحليل كند. ساختار اين سيستم طبق سازمان‌هاي زير تقسيم‌بندي شده است:
· سازمان ۰، سيستم محاسباتي سرن و اولين جايي است كه اطلاعات را پردازش مي‌كند و آن‌ها به تكه‌هايي براي ساير سازمان‌ها تقسيم مي‌كند.
· سازمان ۱، داراي ۱۲ محل در چندين كشور است و داده‌هاي سرن را توسط اتصالات كامپيوترها دريافت مي‌كند. اين اتصالات قادرند تا داده‌ها را با سرعت ۱۰ گيگابايت برثانيه انتقال دهند. مكان‌هاي سازمان ۱ داده‌ها را پردازش مي‌كنند و آن‌ها را براي فرستادن به شبكه مشبك تقسيم مي‌كنند.
· سازمان ۲، داراي بيش‌از ۱۰۰ محل است كه اين محل‌ها به سازمان ۱ متصل هستند. اكثر اين محل‌ها، دانشگاه يا موسسه‌هاي علمي هستند. هرمحلي داراي كامپيوترهاي متعددي براي پردازش و تحليل داده‌ها است. وقتي كار پردازش تكميل مي‌شود، محل‌ها داده‌ها را به سيستم سازمان برمي‌گردانند. اتصال بين سازمان ۱ و ۲ يك اتصال شبكه‌اي استاندارد است.
هرمحلي در سازمان ۲ به هرمحلي در سازمان ۱ دسترسي دارد. دليل اين امر آن است كه به موسسات و دانشگاه‌ها اين اجازه داده شود كه روي پژوهش‌ها و اطلاعات خاص تمركز كنند. يكي‌از چالش‌هاي مربوط‌به يك شبكه بزرگ، امنيت داده‌هاست. سرن اذعان كرد كه نمي‌تواند براي حفظ شبكه به فايروال‌ها متكي باشد، چراكه مقدار ترافيك داده‌هاي سيستم بسيار زياد است. درعوض، سيستم متكي به اقدامات تعيين‌هويت و اصالت‌سنجي است تا از دسترسي غيرمجاز به داده‌هاي LHC جلوگيري كند.
برخي‌از افراد مي‌گويند كه نگراني درمورد امنيت داده‌ها جاي مباحثه دارد، چراكه آن‌ها فكر مي‌كنند LHC درنهايت كل دنيا را نابود خواهد كرد. آيا واقعا ممكن است چنين چيزي رخ دهد؟
آيا شتاب‌دهنده هادروني بزرگ مي‌تواند باعث نابودي دنيا شود؟
LHC به دانشمندان اجازه مي‌دهد تا برخوردهاي ذرات را در سطوح انرژي خيلي بالاتر‌از هر آزمايش قبلي‌اي مشاهده كنند. برخي‌از افراد نگران هستند كه چنين واكنش قدرتمندي مي‌تواند اشكالات زيادي براي سياره زمين به‌وجود بياورد. درواقع تعدادي‌از افراد آنقدر نگران اين موضوع هستند كه شكايتي عليه سرن براي تعليق فعاليت‌هاي LHC تنظيم كردند. در مارس ۲۰۰۸، والتر وگنر، افسر سابق امنيت هسته‌اي و لوئيس سانچو، يك دادخواهي را در دادگاه منطقه هاوايي آمريكا رهبري كردند. آن‌ها ادعا مي‌كردند كه LHC مي‌تواند كل دنيا را نابود كند.
اساس نگراني آن‌ها چه بود؟ آيا LHC مي‌تواند چيزي خلق كند كه دنيا و حيات را نابود كند؟ دقيقا چه اتفاقي ممكن است رخ دهد؟ يك ترس و نگراني درمورد LHC اين است كه مي‌تواند سياه‌چاله به‌وجود بياورد. سياه‌چاله‌ها مناطقي هستند كه ماده در نقطه‌اي با چگالي بي‌نهايت سقوط مي‌كند. دانشمندان سرن اعتراف كردند كه LHC مي‌تواند سياه‌چاله خلق كند؛ ولي همچنين گفتند كه اين سياه‌چاله‌ها اندازه‌اي ريزاتمي دارند و فورا ازبين مي‌روند. در نقطهي مقابل، اخترشناسان حوزه سياه‌چاله‌ها، نتايج فروپاشي ستاره‌ها در خودشان را مورد مطالعه قرار دادند. تفاوت زيادي ميان جرم يك ستاره و جرم يك پروتون وجود دارد.
نگراني ديگر اين است كه LHC ماده‌اي سمي به‌نام استرنجلت (كه فعلا جنبه انديشه متخصصيني دارد) توليد مي‌كند. امكان به وجود آمدن چنين ماده‌اي بسيار نگران‌كننده است. كيهان‌شناسان معتقدند كه استرنجلت مي‌تواند ميدان گرانشي قدرتمندي را در دست بگيرد و كل سياره را به يك توده‌ي بدون حيات تبديل كند.
دانشمندان LHC، با چندين انديشه متخصصينيه، اين نگراني را رد كردند. ابتدا گفتند كه استرنجلت فقط در حد انديشه متخصصينيه است و هيچ‌كس تابهحال چنين ماده‌اي را در جهان مشاهده نكرده است. دوم اينكه ميدان الكترومغناطيسي اطراف چنين ماده‌اي، ماده‌ي عادي را دفع مي‌كند تا اينكه آن را به چيز ديگري تغيير دهد. سوم اينكه حتي اگر چنين ماده‌اي وجود داشته باشد، مي‌تواند بي‌ثبات باشد و فورا نابود و واپاشي شود. چهارم اينكه اشعه‌هاي كيهاني پرانرژي بايد چنين ماده‌اي را به‌طور طبيعي توليد كنند و ازآنجايي كه زمين هنور سرپاست، پس اشكالي درمورد استرنجلت وجود ندارد.
يكي از ذرات انديشه متخصصيني ديگري كه LHC ممكن است توليد كند، تك‌قطبي مغناطيسي است. اين انديشه متخصصينيه كه توسط پل آدرين موريس ديراك مطرح شد اين‌گونه مي‌گويد كه يك تك‌قطبي، ذره‌اي است كه بار مغناطيسي واحدي دارد (يا شمال است يا جنوب) و دو بار را به‌طور همزمان ندارد. نگراني مطرح‌شده از سوي وگنر و سانچو اين بود كه چنين ذراتي مي‌توانند ماده را با بارهاي مغناطيسي يكپارچه خود ازهم جدا كنند. دانشمندان سرن با اين انديشه متخصصينيه مخالفت كردند و گفتند كه اگر تك‌قطبي وجود داشته باشد، دليلي براي ترسيدن از اين ذرات براي به‌وجود آوردن خرابي وجود ندارد. اما حداقل يك تيم از پژوهشكران به‌طور فعالانه به‌دنبال شواهدي از تك‌قطبي‌ها مي‌گردد به اين اميد كه LHC بتواند آن را توليد كند.
نگراني‌هاي ديگري كه درمورد LHC وجود دارد، ترس از تشعشع و اين حقيقت است كه LHC مي‌تواند پرانرژي‌ترين برخورد ذرات را روي زمين توليد كند. سرن گفت كه LHC بسيار امن است و سپر ضخيمي از پوسته‌ي زمين به ضخامت ۱۰۰ متر (۳۲۸ پا) روي آن را پوشانده است. به‌علاوه، پرسنل هم اجازه ورود به سطح زيرين LHC را درهنگام انجام آزمايشا‌ها ندارند. دانشمندان درمورد برخوردها اشاره كردند كه برخورد اشعه‌هاي كيهاني پرانرژي چيزي است كه هميشه در طبيعت اتفاق مي‌افتد. اشعه‌ها با خورشيد، ماه، و ساير سيارات برخورد دارند و هيچ نشاني‌از آسيب‌ديدگي آن‌ها وجود ندارد. اين برخوردها در LHC هم در محيطي كاملا كنترل‌شده اتفاق مي‌افتند.
آيا LHC مي‌تواند دانش ما را درمورد گيتي افزايش دهد؟ آيا داده‌هاي جمع‌آوري‌شده پاسخ پرسش‌هاي ما را خواهند داد (يا اينكه سؤالات بيشتري را به‌وجود خواهند آورد)؟ اگر آزمايشات گذشته صحيح باشند، احتمالا جواب اين دوسؤال مثبت خواهد بود.
هم انديشي ها