المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية

بدعم من مؤسسة الكويت للتقدم العلمي تم قبولي في البرنامج البحثي للمنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (سيرن) التي تقع على الحدود السويسرية الفرنسية. تم اختياري ضمن مجموعة أطلس وهو أكبر كاشف جسيمات صنعته البشرية ويزن ٧ ملايين كيلوغرام ويقع على مصادم الهادرونات الكبير (وهو أكبر مصادم جسيمات بالعالم) كأحد الكواشف متعددة الإستخدامات ضمن مجموعة كواشف أخرى.

يحتوي أطلس على مجموعة من الكواشف الداخلية التي يقوم كل منها بالكشف عن نوع معين من الجسيمات الناتجة من التصادم وكان عملي على الكواشف الكهرومغناطيسية وهي المسؤولة عن رصد الفوتونات والإلكترونات والبوزيترونات.

مرفق 1: أطلس مع الكواشف الداخلية.

 في البداية أود أن أستعرض بعض الصور التي التقطتها من داخل المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية

مرفق2 : طريق ألبرت آينشتاين

جميع الطرق الداخلية في المنظمة تسمى بأسامي علماء الفيزياء الذين ساهموا بأعمالهم، يعتبر طريق ألبرت آينشتاين هو أول طريق ستمشي عليه عندما تدخل المنظمة.

مرفق3: القبة 

رمز أيقوني ومتحف لعرض إنجازات المنظمة منذ إنشائها وأخذت شكل القبة الدائرية لتوضح رسالة أن إنجازاتها هي لكوكب الأرض وللبشرية.  

مرفق 4 : صرح هندسي

  يقع بجانب القبة، صرح أيقوني هندسي جميل يستعرض إنجازات العلماء في العلوم الطبيعية والرياضية على مر التاريخ. 

مرفق 5 : قاعة المحاضرات

تقام بالقاعة سلسلة المحاضرات العلمية التي تقدمها سيرن من الفيزياء النووية وفيزياء الجسيمات إلى الكواشف وتطبيقات الرصد وهذه هي القاعة التي أعلن بها اكتشاف بوزون هيغز. 

مرفق 6 : احد ممرات أطلس 

يوضع على حائط الممرات ملصقات علمية عن أطلس بالإضافة إلى إعلانات لمؤتمرات علمية قادمة.

مرفق 8: مبنى أطلس من الداخل 

نجد ملصق لأطلس ممتد على ادوار المبنى وأيضًا مقهى أطلس والدور الأرضي عادة للراحة والمحادثات الإجتماعية .

قررت المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية بناء مصادم هادرونات جديد أكبر من المصادم الحالي بأربعة أضعاف

 (ويعرف بالمصادم الحلقي المستقبلي) لاكتشاف ظواهر فيزيائية جديدة والتأكد أيضاً من صحة اكتشاف بوزون هيغز بشكل نهائي.

مرفق 9 : صورة محيط المصادم الجديد

 صورة توضح محيط المصادم الجديد باللون الأصفر ويصل إلى ١٠٠ كيلومتر مقارنة مع محيط مصادم الهادرونات الكبير. ^(١)

مرفق ١٠: مبنى أطلس في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية

تم تعيين مجموعات داخل أطلس لدراسة وتحسين مستوى الكواشف وتقنيات الكشف التي ستكون في المصادم الحلقي الجديد. وتم إعطائي مهمة إثبات أن تقنيات الكشف في المصادم الحلقي الجديد ستكون قادرة على رصد بوزون هيغز (اكتشف عام ٢٠١٢ وحاز بيتر هيغز صاحب النظرية على جائزة نوبل بالفيزياء) بطاقات عالية بما إن المصادم الجديد سيولد طاقة تصادم تعادل ١٠٠ تيرا إلكترون فولت مقارنة مع مصادم الهادرونات الحالي ذو طاقة تصادم تصل إلى ١٤ تيرا إلكترون فولت.

وقمت بإثبات أن تقنيات الكشف الموجودة حاليا في مصادم الهادرونات الكبير ستكون قادرة على كشف بوزون هيغز بطاقة تعادل ١٠ تيرا إلكترون فولت و ١ تيرا ألكترون فولت كما هو مدرج بالبحث الذي قمت بنشره في أغسطس ٢٠١٧.

تعرف تقنية الكشف باسم sliding window وهي خوارزمية  تستعمل لرصد الفوتونات والإلكترونات الناتجة من اصطدام الجسيمات بالكواشف وتم شرحها في البحث. عملية رصد الجسيمات بالكواشف ليست عملية مباشرة بل هي مثل تركيب قطع المكعبات أي هناك عدة معلومات يجب تجميعها مع بعضها لمعرفة الجسيم. كان لابد من دراسة مكثفة لفيزياء الكواشف وعمل نماذج حوسبية بظروف المصادم الجديد للتحقق من النتائج، فبناء مصادم بهذه الضخامة يحتاج دراسة مفصلة لجميع أجزاءه من كواشف ومسرعات وتقنيات أخرى. فمثل هذه المشاريع الضخمة تتطلب اجتماع اسبوعي لمناقشة آخر التطورات.

مرفق 11: صورة لجلسة مناقشة البحوث 

 يقوم الباحثون في سيرن باجتماعات اسبوعية بحيث كل باحث يأخذ ٢٠ دقيقة لمناقشة آخر التطورات.

استخدمت بالبحث نماذج محاكاة لتصادمات تحت ظروف المصادم الجديد، فقمت بعمل محاكاة ٥٠٠ تصادم لجسيم البيون المتعادل لعدة طاقات مختلفة: ٥، ١٠، ١٥، ٢٥، ٥٠ غيغا إلكترون فولت. كانت المحاكاة العامل الأساسي لاستخراج النتائج وقد ذكرت في البحث بالتفصيل الممل إجراءات المحاكاة وما ترتب عليها من نتائج.

ما هي علاقة البيون المتعادل ببوزون هيغز؟ عندما يتفاعل البيون المتعادل مع الكاشف فإنه يتحلل إلى فوتونين اثنين يحملان تقريباً نصف طاقة البيون المتعادل، أي إذا كان هناك بيون طاقته ١٠ غيغا الكترون فولت سينحل إلى فوتونين كل منهما يحمل ٥ غيغا الكترون فولت، وكذلك بوزون هيغز عندما يتفاعل مع المادة سيتحلل إلى فوتونين. إذا فإن دراسة البيون المتعادل وتطبيق الخوارزمية عليه إن نجحت ستنجح أيضاً على بوزون هيغز، لهذا كانت المحاكاة على البيون المتعادل وليس بوزون هيغز. ولكن الفرق أن الخوارزمية نجحت على البيون بطاقة ١٠ غيغا الكترون فولت ونجحت على بوزون هيغز بطاقة ١٠ تيرا الكترون فولت.

المراجع:

١)http://cerncourier.com/cws/article/cern/56603

رابط البحث :
https://cds.cern.ch/record/2278202?ln=en


كتبه:
حمد عبدالوهاب الهندي
كلية العلوم جامعة الكويت