بوزون هیگز و اترون ها

بهرام فروردین 16, 1403بلاگ/علمی, همه مطالبارسال دیدگاه

با توجه به اترون ها، بوزون هیگز یک موضوع جالب است. موضوعی که در این بخش مطرح میکنیم ادامه موضوع مربوط به اتر می باشد.

همانطور که قبلا نیز گفتیم، اترون ها پایه اصلی مواد هستند. آنها هنگامی که با هر نوع خلل یا چیز درحال حرکت در فضا زمان در برخورد قرار میگیرند، ارتعاش می کنند. بنابراین میخواهیم ببینیم آیا اترون ها جرم دارند یا خیر.

یک تنش الکترومغناطیسی خارجی منجر به دفع غیر یکنواخت اتر در فضا می شود. این میتواند یک میدان نیرو را مشخص کند که میدانی الکترومغناطیسی یا وقتی که شدیدتر باشد یک میدان گرانشی تولید کند.

این اثر غیر یکنواخت نوعی از باد اترون را تولید می کند، که به وسیله گرادیان فشار تولید می شود. تفاوت فشار باعث ایجاد شتاب، از نقطه با فشار بالاتر به نقطه با فشار کمتر میشود و این اتفاق در تلاش برای تعادل سیستم می افتد.

طبق قانون نیوتن، ما نیروی تولید شده توسط شتاب و عمل بر یک جرم در میدان نیرو را بدست می آوریم. برای توصیف ریاضیاتی گرادیان فشار، باید این را مشخص کنیم که آیا اترون ها دارای جرم هستند یا خیر. برای رسیدن به فشارهای مختلف، باید اتر با تراکم، یعنی با یک جرم در واحد حجم را مشخص کنیم.

اترون ها بوزون هستند

اترون مسئول تولید میدان های نیرو است و به همین دلیل اترون نیز یک بوزون می باشد. این بر مبنای فیزیک کوانتوم است. امیدواریم بتوانیم اثبات کنیم که اتر در تمام پروسه هایی که مسئول تولید ذرات ماده هستند، شرکت می کند. همانطور که همه به راحتی می توانیم تصور کنیم، اتر قادر به نفوذ به تمامی فضا ها، حفره ها و سوراخ های کوچک مواد است. نور فقط با وجود اتر می تواند منتشر شود. اگر نور از طریق یک جامد شفاف عبور کند، روشن است که اتر تمام ذرات ماده را پر کرده است.

مولکول هایی که با هم تشکیل می شوند، از لحاظ فیزیکی با یکدیگر در تماس نیستند. پیوند بین مولکول ها توسط اتر تولید می شود که در این حالت تمام قدرت و کشش آن را نشان می دهد.

این ویژگی ها باعث میشوند که فکر کنیم اترون ها درنهایت میتوانند بوزون هیگز باشند. این ذره ای است که میدان هیگز را به وجود می آورد، میدانی که تمام فضا را پر می کند و در ساخت و تولید ماده شرکت می کند.

این روز ها تحقیقات زیادی در مورد مکانیسم هیگز انجام می دهند، این روند فشرده سازی میدان هیگز است. اتر، ظاهرا مسئول جرم دادن به فرمیون ها، یعنی ذرات عظیم اولیه است.

پل لاویولت آن را مسئول فشرده سازی تعداد زیادی از اترون ها می داند که در نتیجه می توانند جرم تولید کنند. واضح است که این گرداب های متمرکزِ اتر بسیار شبیه به میدان چگالیده هیگز در مکانیزم هیگز است. نمیخواهم بگویم کاملا یکسان هستند اما بسیار شبیه هستند.

بوزون H که به نظر می رسد بسیار شبیه به اترون است، دارای جرم که به معنای است.

یک واحد اندازه گیری است که حاصل از معادله انیشتین E=mc2 است که از آن معادله

m = E / c2

را دریافت می کنیم که:

E انرژی
GeV یک میلیارد ولت الکترون
eV افزایش انرژی یک الکترون است که پتانسیل آن را یک ولت افزایش می دهد

1eV بصورت زیر است:

یک GeV مقدار انرژی یک پروتون است که معادل زیر می باشد:

بنابراین یک بوزون هیگز جرمی معادل 130 پروتون دارد. اما هیچ بار الکتریکی ای ندارد.

محاسبه جرم اتر

از این رو ما نتیجه می گیریم که یک اترون می تواند ذره مربوط به بوزون هیگز باشد. بدین ترتیب میدانیم که میتواند جرم داشته باشد. وقتی ما یک سیلندر کوچک پر از اتر، dz بالا ، با سطح dA و ρ تراکم اترون ها در داخل را در نظر بگیریم، می توانیم جرم این سیلندر را محاسبه کنیم. فرمول بصورت زیر خواهد بود:

m=ρdAdz

پس طبق قانون نیوتن می دانیم که:

F = m * a

پس اگر می خواهیم نیرو را از لحاظ فشار بیان کنیم (اختلاف فشاری از اتر در جهت z داریم) می توانیم این را بنویسیم:

F = dP * dA

و اگر بخواهیم دو علامت را برابر کنیم، می توانیم این را بنویسیم:

dPdA=ma => dPdA=ρdAdza

محاسبه شتاب اتر

بنابراین از این معادله، به دلیل فشارهای مختلف، ما شتاب اتر را به سمت پایین می یابیم:

a=dP/ρdz

پس از آن متوجه میشویم که این شتاب در حدود است.

تنش بزرگ بین گنبد آسمان و زمین

می توانیم با یک فرضیه یک شتاب را محاسبه کنیم. پس می توانیم فرض کنیم که اختلاف فشار در ترتیب اترون ها به دلیل تنش بزرگ بین گنبد آسمان و زمین است.

از ویکی پدیا:

بوزون هیگز (به انگلیسی: Higgs boson) 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.

به طور خاص، بوزون هیگز، میتواند دلایلی برای تفاوتهای بین فوتون که بدون جرم است و بوزون های W و Z که نسبتا پرجرم هستند، ارائه کند.

جرم ذرات بنیادی، تفاوتهای بین الکترومغناطیس (که توسط فوتون ها ایجاد میشود) و نیروی هستهای ضعیف (که توسط بوزون های W و Z ایجاد میشود) در ساختار میکروسکوپیک (و به طبع ماکروسکوپیک) ماده مؤثر هستند؛ بنابراین، بوزون هیگز یک مؤلفه بسیار مهم در دنیای ماده است.

پس از نوشته شدن کتابی بنام «ذره خدا اگر پاسخ کائنات است، سؤال چیست؟» توسط لیان لدرمن که در آن این ذره را «ذره خدا» نامید، اغلب در رسانه ها از بوزون هیگز به عنوان «ذره خدا» یا «ذره الهی» یاد میشود. لیان لدرمن به مزاح اما به صراحت در صفحه 22 کتابش نوشت هاست که تصمیم داشته ذرهای که اثبات وجودش آن همه هزینه برده و دانشمندان را دهه ها سال به زحمت انداخته است را “goddamn” (ذره لعنتی، یا ذره از سوی خدا لعنت شده)، نام دهد اما به سبب اینکه ناشر از چاپ این نام سر باز میزد damn آخر آن را حذف کرده و اینگونه شد که ذره خدا نام گرفت که البته با مخالفت زیادی از سوی کاشفان این ذره پیتر هیگز و فرانسوا انگلر مواجه شد.

در ۱۴ مارس ۲۰۱۳ (24 اسفند 1391) فیزیکدانان برخورددهندهٔ هادرونی بزرگ (large hadron collider) مرکز سرن خبر کشف ذره بوزون هیگز را به طور 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 شده است.

بنابراین اترون ها میتوانند همان بوزون های هیگز باشند.

باد اتری

آیا بر فراز زمین باد اتر وجود دارد یا خیر؟ برخی افراد شکست آزمایش جرج ایری را با توجه به باد اتری توضیح میدهند. دلیلش این است که این شکست را نمیتوان با حرکت زمین توضیح داد چرا که زمین ثابت است. بر این اساس، آزمایش مایکلسون مورلی موفق به تشخیص حرکت اتر در زمین نشد. طبق گفته دانشمندان، چنین حرکتی باید سرعتی در حدود 30 کیلومتر بر ثانیه داشته باشد. این سرعت زمین در حال چرخش به دور خورشید است سرعتی که گفته شده باعث تغییر مکان ستارگان در طول سال میشود اما، افسوس، هیچ باد اتری را نمی توان شناسایی کرد.

با این حساب، شکست ایری را نمی توان به باد اتر نسبت داد. آزمایش مایکلسون ثابت کرد که چنین بادی وجود ندارد و ابیراهی ستارگان تنها یک پدیده انکساری است.

امروزه این پذیرفته شده که هیچ باد اتری ای بر فراز زمین وجود ندارد. بهرحال آیا میتوان این را به عنوان یک حقیقت پذیرفت؟ بگذارید یک بار دیگر، نتیجه واقعی آزمایش مایکلسون مورلی را در نظر بگیریم. این آزمایش به عنوان اثبات جامعی از عدم وجود اتر در نظر گرفته شده است.

در سال 1881 ، مایکلسون، برای بررسی وضعیت اتر تصمیم به اندازه گیری سرعت نور در جهات مختلف، با استفاده از یک تداخل سنج گرفت. تداخل سنج اجازه می دهد تا یک پرتو نور را به دو قسمت تقسیم کنیم. دو پرتو در حال حرکت هستند و دو مسیر عمودی را دنبال میکنند. سپس آنها روی یک صفحه نمایش داده می شوند و باهم تداخل میکنند.

با جهت گیری تداخل سنج در جهات مختلف مایکلسون می بایست یک تغییر در حاشیه را ثبت میکرد. اما مایکلسون هیچ تغییری مطابق با حرکت زمین به دور خورشید را ثبت نکرد. نتیجه منطقي این بود که اتر با توجه به زمین نمیتواند حرکت نسبي ای داشته باشد. همانطور که همه ما می دانیم، حرکت نسبی وجود ندارد زیرا زمین به دور خورشید نمیچرخد.

با این حال، چیز های بیشتری باید وجود داشته باشند. با تجزیه و تحلیل گرانش ما قادر به ساخت یک مدل گرانشی بر اساس اتر هستیم. غلظت غیر یکنواخت اترون ها درواقع، یک میدان نیرو ایجاد می کند که باد اتر را به سمت پایین می کشد. اما مشکل اینجاست که باد اتر بر یک صفحه عمودی می وزد نه افقی.

آزمایش مایکلسون مورلی به خوبی نشان داد که زمین به دور خورشید نمیچرخد. این یک نتیجه از این واقعیت است که حرکت نسبی زمین با اتر در یک صفحه افقی وجود ندارد. اما، از سوی دیگر، یک آزمایش در یک صفحه عمودی می تواند تغییر در حاشیه تداخل را به علت حرکت اتر نشان دهد.

پس از انجام مطالعات بیشتر، ما متوجه شدیم که چنین آزمایشی انجام شده است. دانشمند آلمانی مارتین گروسنیک در سال 2009 با آزمایشی وجود اتر را ثابت کرد. او با استفاده از یک تداخل سنج به وضوح حضور باد اتری را به صورت عمودی با توجه به سطح زمین نشان داد. گروسنیک از تداخل سنجی مانند تداخل سنج مایکلسون استفاده کرد.

او فکر کرد که صفحه این تداخل سنج باید به دور یک محور موازی با زمین در چرخش قرار بگیرد. به این ترتیب، صفحه عمود بر سطح زمین تغییراتی را در حاشیه تداخل نشان داد.

پل لاویولت این آزمایش را به عنوان شواهدی از اعتبار نظریه اترون خود نقل کرده است. تنها موردی که وجود دارد این است که لاویولت معتقد است که زمین یک کره است. در مدل اتِریک اش (etheric model)، او معتقد است که یک G اترون خاص وجود دارد.

لاویولت میگوید که یک تشکیل مداوم از G اترون ها یا گراویتون ها (همانطور که در مدل استاندارد نامیده اند) وجود دارد. آنها از اترون های معمولی که فضا را پر می کنند، نشات میگیرند. او معتقد است که در ماده چگال، یک شکل گیری کم اهمیت تر از G اترون ها وجود دارد. این موجب ایجاد غلظت متفاوتی از اترونها و همچنین موج عمودی اتر می شود. گرانش یک نتیجه از چنین بادی است و همانطور که او می گوید، قانون با شعاع داده شده توسط نیوتن متفاوت است.

باید از لاویولت، اویلر و بسیاری دیگر از دانشمندان متفکر قدردانی کرد. آنها به روشنی از طریق مفهوم یک باد عمودی که گرانش را تولید می کند، آن را درک کرده اند.

ما فقط باید یک نکته کوچک به نظریاتشان اضافه کنیم (چون زمین مسطح است)، گنبدی بر فراز ما وجود دارد که باعث اختلاف معنی دار در پتانسیل با توجه به زمین (قسمت زیرین) است. این امر باعث انباشت اترون ها در نزدیکی گنبد و ایجاد میدان نیرویی میشود که باد اترون ها را تقویت میکند. این توضیح ما از گرانش است: “یک باد عمودی تولید شده از اتر توسط تنش الکتریکی در فضای بین گنبد آسمان و زمین.”

آیا بادی از اترون های طبیعی وجود دارد یا همانطور که لاویولت فرض کرد از G اترون ها حاصل میشود؟ مطمئنا مطالعات بیشتر جواب می دهد. اما آیا ما تمام درک مورد نیاز از باد اتری را داریم و آن را کامل درک کرده و فهمیده ایم؟ قطعا خیر. در حقیقت، بسیاری از دانشمندان در قرن نوزدهم موافق بودند که تمامی پدیده ها مربوط به اتر می باشند.

حال درباره خورشید و ماه چه؟ آیا آنها به علت وجود یک گرداب اتر به دنبال مسیر مارپیچ خود حرکت می کنند؟ همه ما می دانیم که آزمایش مایکلسون مورلی بادی افقی را نشان نداد. ما باید توجه داشته باشیم که این آزمایش موفق به اندازه گیری حرکات اتر حدود 30 کیلومتر بر ثانیه در سطح زمین نشد.

این سرعت سالانه زمین به دور خورشید است. اینطور نیز فرض میشود که حرکت زمین فصول را ایجاد می کند. اما در مدل زمین مسطح، فصل ها بوسیله حرکت خورشید بین دو مدار راس السرطان و راس الجدی بر روی یک مسیر مارپیچ و دایروی تولید می شوند. در بین مدار ها، فاصله خورشید حدود 6660 کیلومتر است که باید در یک سال به بالا و پایین جریان داشته باشد.

بنابراین سرعت خورشید در این جهت بدین صورت است:

این سرعت بسیار کم در مقایسه با 30 کیلومتر در ثانیه است. بنابراین میتوانیم درک کنیم که چرا مایکلسون شکست خورد. در محاسبات، 360 روز سال را در نظر گرفتیم.

با این حال، حرکت خورشید نه تنها سالانه است، بلکه روزانه نیز می باشد. احتمالا مورد آخر (حرکت روزانه) می تواند توسط یک باد اتری نیز حمایت و تقویت شود.

بیایید سرعت را محاسبه کنیم (که بدیهی است با شعاع تغییر می کند) بنابراین ما می توانیم محاسبات را با توجه به استوا در شعاع 11100 کیلومتر انجام دهیم.

محیط برابر با:

11100*2*Pi= 66600

و pi 2 همانطور که قبلا خوانده اید شِ ش است، به شرطی مطالب را با دقت و به ترتیب خوانده باشید. این دور در 24 ساعت جریان دارد. بدین ترتیب این سرعت را داریم: