المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 ریاضیاتی دشوارتر از فیزیک
ریاضیاتی دشوارتر از فیزیکزنگ تفريح فيزيك
فیزیکدانان چگونه در برخورد ذرات می‌فهمند چه اتفاقی می‌افتد؟ از طریق محاسباتی بسیار چالش برانگیز هم هستند، در برخی حالت‌ها، نمی‌توانند چنین کاری انجام دهند.

 

 

برخورد پروتون‌ها با هم یک طرف، از بقایای چنین برخوردی توجیه و توضیح علمی به دست آوردن داستان دیگری‌ست. چنین حالتی را در برخورد دهنده‌ی بزرگ هادرونی (LHC) در سرن (CERN) به عنوان بزرگترین و قوی‌ترین شتابگر ذارت در جهان، خواستگاه دارد. برای درک تمام داده‌های حاصل از برخوردها در آنجا، فیزیکدانان تجربی و نظری در رفت و برگشت ایده ها و کارها به طور پیوسته با هم همکاری می‌کنند. تجربی‌کارها با اهداف پیچیده تجربی شروع می‌کنند. اهداف جاه طلبانه به محاسبات نظری با جزییات بسیار نیاز دارند که نظریه پردازان مسئول چنین کاری هستند.پییر پائولو ماسترولیا، فیزیکدانان نظری دانشگاه پادوآی ایتالیا می‌گوید:« فیزیکدانان تجربی برآنند که فهرست برنامه هایشان همواره پُر است از فرایندهای پیچیده. از همین رو، ما فرایندهایی را شناسایی می‌کنیم که در زمان قابل قبولی بتوان آن‌ها را حساب کرد.»

 

 

 

شبیه سازی برخورد پروتون‌ها در بخش سی ام اس، سرن، و خروج دو جت و ذرات بسیاری که در لایه های مختلف آشکارساز دیده شدند.

 

 

 

وقتی ماسترلیا از فرایندها صحبت می‌کند، منظور رویدادهای زنجیره‌ای‌ست که پس از برخورد ذرات نمایان می‌شوند. برای مثال، جفت گلئون، شاید طی یک سری مراحل میانی(تبدیل ذره‌ای به ذره‌ی دیگر) ترکیب شوند و بوزون هیگز درست کنند که به ذرات بیشتری واپاشی خواهد کرد. در کُل، فیزیکدانان ترجیح می‌دهند فرایندهایی را بررسی کنند که تعداد زیادی از ذرات در آن‌ها شرکت دارند، از این رو، پیچیدگی مضاعفی در بررسی‌های اثرات فیزیکی ظاهر می‌شود که هنوز حتی بهترین نظریه‌ها هم توصیفی برایشان ندارند. ولی هر ذره‌ی اضافه ریاضیات بیشتری می‌طلبد. 

 

برای فائق آمدن بر ریاضیات پیچیده‌ی مذکور، فیزیکدانان از ابزاری به نام دیاگرام‌های فاینمن استفاده می‌کنند که در اساس ابزاری محاسباتی با شکل و شمایل نقاشی‌گونه: ذرات را با خطهایی که در یک راس به هم می‌رسند رسم می‌کنیم و در طرف دیگر ذرات حاصل به نمایش در می‌آیند. فیزیکدانان از تمام مسیرهای ممکن در هر آزمایش یک انتگرال گرفته تا از ابتدا تا انتهای رویداد را پوشش داده باشند و سپس انتگرال‌ها را با هم جمع می‌بندند. هرقدر تعداد مسیرهای ممکن بیشتر شود، تعداد انتگرال‌هایی که نظریه‌پردازان باید محاسبه کنند (و میزان سختی محاسبه‌ی هر انتگرال) به همان نسبت افزایش می‌یابد.

 

 

وقتی به نتیجه برسیم چه نوع برخوردهایی را می‌خواهیم بررسی کنیم، فیزیکدانان دو انتخاب بزرگ دارند. نخست، تعداد ذراتی که در حالت اولیه می‌خواهند در نظر بگیرند (ذرات ورودی)، و حالت نهایی (ذرات خروجی) چقدر باشد. در بیشتر آزمایش‌ها دو ذره‌ی ورودی در نظر گرفته می‌شود، و خروجی‌ها می‌توانند از یک تا یک دو جین باشند (خروجی‌ها در دیاگرام‌های فاینمن به پایه‌ها معروفند). سپس تصمیم می‌گیرند تعداد حلقه‌ها (loops) که باید در نظر بگیرند چقدر باشد.  حلقه‌ها همگی در بینابین برخوردها بین حالت اولیه و نهایی روی می‌دهند. با اضافه کردن این حلقه‌ها دقت اندازه گیری بیشتر می‌شود. در کُل بین حلقه‌ها و راس‌ها ارتباطی وجود دارد: اگر بخواهید حلقه‌های بیشتری در نظر بگیرید، باید پایه‌های کمتری را در نظر بگیرید. اگر بخواهید پایه‌های بیشتری در نظر بگیرید، باید حلقه‌های کمتری در نظر بگیرید.

 

 

شبیه سازی برخوردهای ذرات و خروجی‌های بسیار در بخش «اطلس» شتابگر سرن

 

گاوین سلام فیزیکدان نظری در سرن می‌گوید:«اگر دو حلقه در نظر بگیرید، بیشترین تعداد پایه‌ها دو خواهد بود. مردم به سمت سه ذره که از دو حلقه خارج می‌شوند پیش می‌روند. این کران، فراتر از پیشرفت‌های کنونی است.» فیزیکدانان در حال حاضر ابزارهای محاسباتی برای احتمال‌های دیاگرام‌های سه تراز (صفر حلقه) و یک حلقه با هر تعداد ذره ورودی و خروجی در اختیار دارند. ولی به حساب آوردن حلقه‌های بیشتر چالش بزرگی است و عامل محدودیت در کشف‌هایی است که در LHC به انجام رسیده.

 

 

 

ون فاینمن که با نام کوانتم پلاک شده بود و روی آن دیاگرام‌هایی که ابداع کرده بود نقش بسته بودند. پس از مدتها این ماشین در شتابگر فری در شیکاگو دوباره احیا شد و به معرض نمایش در آمد.

 

 

ماسترولیا بر آن است که:«زمانی یک ذره کشف می‌کنیم و می‌خواهیم ویژگی‌هایش را کشف کنیم، اسپین، جرم، تکانه زاویه‌ای یا جفت‌شدگی با ذرات دیگر، پس محاسبات با التزام حلقه‌ها، مرتبه‌ای بالاتر خواهند رفت.» و به همین دلیل است که بسیاری از ارتباط‌های بین دیاگرام‌های فاینمن و نظریه اعداد که در مقاله‌ی اخیرم درباره‌اش نوشتم (کشف اعداد عجیب در برخوردهای ذرات)، هیجان زده‌اند. اگر ریاضیدانان و فیزیکدانان بتوانند الگوهایی را برای مقادیر تولید شده در دیاگرامی دو یا چند حلقه‌ای شناسایی کنند، محاسباتشان به مراتب ساده‌تر خواهد شد و تجربی‌کاران ریاضیاتی در اختیار دارند که برای برخورد انواع برخوردهایی که برایشان جالب است، به کار گیرند.

 


 منبع:
 
 
1395/9/28لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  2374
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  2374