د "ډیر ابتدايي کائنات" مطالعې لپاره د ذرې ټکرونه: د میون ټکر ښودل شوی

د ذراتو سرعت کونکي د خورا لومړني کائنات مطالعې لپاره د څیړنې وسیلې په توګه کارول کیږي. د هاډرون ټکرونه (په ځانګړې توګه د CERN لوی هیډرون کولیډر LHC) او د الیکټرون-پوزیټرون ټکر کونکي د خورا لومړني کائنات په سپړنه کې مخکښ دي. په لوی هاډرون کولیډر (LHC) کې د ATLAS او CMS تجربې په 2012 کې د هیګز بوسون په کشفولو کې بریالۍ شوې. د میون کولیډر په داسې مطالعاتو کې د پام وړ کارول کیدی شي مګر دا لاهم حقیقت ندی. څیړونکي اوس په دې بریالي شوي چې د رڼا سرعت نږدې 4٪ ته مثبت میوون ګړندی کړي. دا په نړۍ کې لومړی د میون د یخولو او ګړندیتوب دی. د مفهوم د ثبوت په توګه، دا په نږدې راتلونکي کې د لومړي میون سرعت کونکي احساس لپاره لاره هواروي.  

لومړني کائنات اوس مهال د جیمز ویب سپیس ټیلسکوپ (JWST) لخوا مطالعه کیږي. په ځانګړې توګه د ابتدايي کائنات مطالعې ته وقف شوی، JWST د بیګ بینګ وروسته په کائنات کې رامینځته شوي د لومړني ستورو او کهکشانونو څخه د نظری / انفراریډ سیګنالونو په غوره کولو سره دا کار کوي. په دې وروستیو کې، JWST په بریالیتوب سره تر ټولو لیرې کهکشان JADES-GS-z14-0 کشف کړ چې د لوی بنګ څخه شاوخوا 290 ملیون کاله وروسته په لومړني کائنات کې رامینځته شوی.  

د کائنات درې پړاوونه شتون لري - د وړانګو دوره، د مادې دوره او د تیاره انرژي دوره. د لوی بنګ څخه تر 50,000 کلونو پورې، کائنات د وړانګو تسلط درلود. دا د معاملې دوره تعقیب شوه. د مادې دوره د کهکشان دوره چې د بیګ بینګ څخه شاوخوا 200 ملیون کاله وروسته له بیګ بینګ څخه شاوخوا 3 ملیارد کاله دوام وکړ د لویو جوړښتونو لکه کهکشانونو رامینځته کیدو ځانګړتیا وه. دا دور معمولا د "لومړني کائنات" په نوم یادیږي چې JWST مطالعه کوي.  

"ډیر ابتدايي کائنات" د لوی بنګ څخه سمدلاسه وروسته د کائنات لومړني پړاو ته اشاره کوي کله چې دا خورا ګرمه وه او په بشپړ ډول د وړانګو تسلط درلود. د پلانک دور د وړانګو د دورې لومړی پړاو دی چې د لوی بنګ څخه تر 10 پورې دوام وکړ.^-43 s. د حرارت درجه 10 سره³² K، کائنات په دې دور کې خورا ګرم و. د پلانک دوره د کوارک، لیپټون او اټومي دورې څخه وروسته وه؛ ټول لنډمهاله وو مګر د خورا لوړې تودوخې لخوا مشخص شوي چې په تدریجي ډول د کائنات پراخیدو سره کم شوي.  

د کائنات د دې لومړني پړاو مستقیم مطالعه ممکنه نه ده. هغه څه چې ترسره کیدی شي د ذراتو سرعت کونکو کې د لوی بنګ څخه وروسته د کائنات د لومړیو دریو دقیقو شرایطو بیا رامینځته کول دي. هغه معلومات چې په سرعت کونکو / ټکر کونکو کې د ذراتو د ټکرونو له امله رامینځته شوي خورا لومړني کائنات ته غیر مستقیم کړکۍ وړاندې کوي.  

کولایډر په ذره فزیک کې د څیړنې خورا مهم اوزار دي. دا سرکلر یا خطي ماشینونه دي چې د رڼا سرعت ته نږدې ذرات خورا لوړ سرعت ته ګړندي کوي او دوی ته اجازه ورکوي چې د بل ذرې سره ټکر وکړي چې له مخالف لوري څخه راځي یا د هدف پروړاندې. ټکرونه د ټریلیون کیلوین په ترتیب کې خورا لوړ تودوخې رامینځته کوي (د تابکاری دورې په لومړیو وختونو کې د شرایطو سره ورته والی). د ټکر کولو ذراتو انرژي اضافه کیږي له همدې امله د ټکر انرژي لوړه ده کوم چې د لویو ذراتو په شکل کې په ماده بدلیږي چې د ډله ایز انرژی سمیټري سره سم په لومړني کائنات کې شتون درلود. دا ډول تعامل په هغو شرایطو کې چې د کایناتو په لومړیو کې شتون درلود د لوړې انرژي ذرات د هغه وخت بل ډول د لاسرسي وړ نړۍ ته کړکۍ ورکوي او د ټکرونو د ضمني محصولاتو تحلیل د فزیک د حاکم قوانینو د پوهیدو لپاره لاره وړاندې کوي.  

شاید، د ټکرونو ترټولو مشهوره بیلګه د CERN لوی هاډرون کولایډر (LHC) دی لکه د لوی اندازې ټکر کونکي چیرې چې هاډرون (یوازې د کوارکونو څخه جوړ شوي مرکب ذرات لکه پروټون او نیوټرون) سره ټکر کوي. دا په نړۍ کې ترټولو لوی او خورا پیاوړی ټکر دی چې د 13 TeV (teraelectronvolts) په انرژي کې ټکرونه رامینځته کوي کوم چې د سرعت کونکي لخوا ترلاسه شوي ترټولو لوړه انرژي ده. د ټکرونو د ضمني محصولاتو مطالعه تر دې دمه خورا بډایه شوې ده. د هګز بوسون کشف په 2012 کې د ATLAS او CMS تجربو لخوا په لوی هیډرون کولیډر (LHC) کې د ساینس په برخه کې یو مهم ګام دی.  

د ذراتو تعامل د مطالعې پیمانه د سرعت کونکي انرژي لخوا ټاکل کیږي. په کوچنیو او کوچنیو اندازو کې د سپړنې لپاره، یو څوک د لوړې او لوړې انرژۍ سرعت کونکو ته اړتیا لري. نو، تل د لوړ انرژي سرعت کونکي لپاره لټون شتون لري چې اوس مهال شتون لري د ذرې فزیک معیاري ماډل بشپړ سپړنه او په کوچنیو پیمانو کې تحقیقات. له همدې امله، د انرژۍ ډیری نوي سرعت کونکي اوس مهال په پایپ لاین کې دي.  

د CERN د لوړ څراغ لرونکی لوی هیډرون کولیډر (HL – LHC)، چې احتمال لري تر 2029 پورې فعال شي، د ټکرونو شمیر په زیاتولو سره د LHC فعالیت لوړولو لپاره ډیزاین شوی ترڅو د پیژندل شوي میکانیزمونو په ډیر تفصیل سره مطالعې ته اجازه ورکړي. له بلې خوا، د راتلونکي سرکلر کولیډر (FCC) د CERN خورا هوښیار لوړ فعالیت د ذراتو ټکرونو پروژه ده چې شاوخوا 100 کیلومتره به د ځمکې لاندې 200 متره وي او د لوی هیډرون کولیډر (LHC) څخه به تعقیب شي. د دې ساختماني کار به په 2030s کې پیل شي او په دوه مرحلو کې به پلي شي: FCC-ee (دقت اندازه کول) به د 2040s په نیمایي کې فعال شي پداسې حال کې چې FCC-hh (لوړ انرژي) به په 2070s کې فعالیت پیل کړي. FCC باید د LHC د لاسرسي څخه هاخوا د نوي ، درنو ذراتو شتون او د سپکو ذراتو شتون وپلټي چې د معیاري ماډل ذراتو سره خورا ضعیف تعامل کوي.  

په دې توګه، د ذراتو یوه ډله چې په ټکر کې سره ټکر کوي هادرونونه دي لکه پروټون او نیوکلی چې د کوارکونو څخه جوړ شوي مرکب ذرات دي. دا درانه دي او څیړونکو ته اجازه ورکوي چې لوړې انرژی ته ورسیږي لکه څنګه چې د LHC په حالت کې دي. بله ډله د لیپټونز څخه ده لکه الکترون او پوزیټرون. دا ذرات هم د لوی الکترون-پوزیټرون کولیډر (LEPC) او SuperKEKB ټکر په صورت کې ټکر کولی شي. د الکترون پوزیټرون پر بنسټ د لیپټون کولیډر سره یوه لویه مسله د سنکروټرون وړانګو له امله د انرژي لوی ضایع کول دي کله چې ذرات په ګردي مدار کې جبري کیږي چې د میونز په کارولو سره بریالي کیدی شي. د الکترونونو په څیر، میوون ابتدايي ذرې دي مګر د الکترونونو په پرتله 200 ځله دروند دي له همدې امله د سنکروټرون وړانګو له امله د انرژي کم ضایع کیږي.  

د هاډرون کولایډرونو په خلاف، د میوون کولیډر کولی شي د لږ انرژي په کارولو سره پرمخ بوځي کوم چې د 10 TeV میون کولیډر د 100 TeV هاډرون کولیډر سره مساوي کوي. له همدې امله، د میوون ټکرونه ممکن د لوړ لمریزیت لوی هاډرون کولیډر (HL - LHC) څخه وروسته د FCC-ee په پرتله د لوړې انرژي فزیک تجربو لپاره ډیر اړونده شي ، یا کلیک (Compact Linear Collider) یا ILC (International linear Collider). د لوړې انرژی راتلونکي ټکرونو اوږد مهاله مهال ویش ته په پام سره، د مونون ټکر کونکي ممکن د راتلونکو دریو لسیزو لپاره د ذرو فزیک کې یوازې احتمالي څیړنې وسیله وي. Muons د معیاري ماډل څخه هاخوا د سپړنې په لور د غیر معمولي مقناطیسي شیبې (g-2) او بریښنایی ډیپول مومینټ (EDM) خورا دقیق اندازه کولو لپاره ګټور کیدی شي. د میون ټیکنالوژي په څو انډول ډیسپلینري څیړنیزو برخو کې هم غوښتنلیکونه لري.  

په هرصورت، د مونون ټکرونو په پیژندلو کې تخنیکي ننګونې شتون لري. د هاډرونونو او الکترونونو په خلاف چې تخریب نه کوي، میوون یوازې د 2.2 مایکرو ثانیو لنډ ژوند لري مخکې لدې چې په الکترون او نیوټرینو کې تخریب شي. مګر د میوون ژوند د انرژي سره ډیریږي چې د هغې تخریب ځنډول کیدی شي که چیرې ګړندي شي. مګر د میونز سرعت له تخنیکي پلوه ستونزمن دی ځکه چې دوی ورته سمت یا سرعت نلري.  

په دې وروستیو کې، د جاپان پروټون سرعت څیړونکي کمپلیکس (J-PARC) څیړونکي د مونون ټیکنالوژۍ ننګونو باندې بریالي شوي. دوی بریالي شول چې په نړۍ کې د لومړي ځل لپاره د رڼا سرعت نږدې 4٪ ته مثبت میوون ګړندی کړي. دا د یخولو او سرعت ټیکنالوژیو له کلونو دوامداره پرمختګ وروسته د مثبت میوون د یخولو او سرعت لومړۍ مظاهره وه.  

په J-PARC کې د پروټون سرعت کوونکی په هره ثانیه کې نږدې 100 ملیون میوون تولیدوي. دا د رڼا سرعت ته نږدې د پروټونونو ګړندي کولو سره ترسره کیږي او اجازه ورکوي چې ګرافیت ته زیان ورسوي ترڅو pions جوړ کړي. میونز د pions د تخریب محصول په توګه رامینځته کیږي.  

د څیړنې ټیم مثبت میوونونه تولید کړل چې د رڼا سرعت شاوخوا 30٪ سرعت لري او په سیلیکا ایروجیل کې یې ډزې وکړې. اجازه ورکړل شوي میوونونه په سیلیکا ایرجیل کې د الکترونونو سره یوځای کیدو په پایله کې د میوونیم رامینځته کیدو لامل کیږي (یو بې طرفه ، د اتوم په څیر ذره یا سیډو اتوم چې په مرکز کې مثبت میوون لري او د مثبت میوون شاوخوا الیکترون). وروسته، الکترونونه د لیزر په واسطه د شعاع له لارې له میوونیم څخه لیرې شول چې مثبت میوونونه یې د رڼا سرعت شاوخوا 0.002٪ ته یخ کړل. له هغې وروسته، یخ شوي مثبت میوونونه د راډیو فریکونسۍ بریښنایی ساحې په کارولو سره ګړندي شوي. په دې توګه رامینځته شوي ګړندي مثبت میوونونه سمتي وو ځکه چې دوی له نږدې صفر څخه په خورا سمتي میوون بیم کې رامینځته شوي ځکه چې په تدریجي ډول ګړندي شوي د رڼا سرعت نږدې 4٪ ته رسیدلي. دا د میون سرعت ټیکنالوژۍ کې یو مهم ګام دی.  

د څیړنې ټیم پالن لري چې په پای کې د رڼا سرعت 94٪ ته مثبت میوون ګړندي کړي. 

*** 

اخځ:  

1. د اوریګون پوهنتون. لومړنی کائنات - د ټیم پیل په لور. په کې شتون لري https://pages.uoregon.edu/jimbrau/astr123/Notes/Chapter27.html 

2. CERN. د چټکتیا ساینس - د مون کولیډر. په کې شتون لري https://home.cern/science/accelerators/muon-collider 

3. J-PARC. مطبوعاتي اعالمیه - د نړۍ لومړی یخ کول او د میون سرعت. په 23 می 2024 کې خپور شوی. دلته شتون لري https://j-parc.jp/c/en/press-release/2024/05/23001341.html  

4. Aritome S., et al., 2024. د رادیو فریکوینسي غار په واسطه د مثبت میوون سرعت. په arXiv کې پری چاپ. سپارل شوی د اکتوبر په 15 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arxiv.2410.11367  

*** 

اړونده مقالې  

بنسټیز ذرات یو چټک نظر. د "پورته کوارکونو" تر مینځ د کوانټم ښکیلتیا په لوړه انرژي کې مشاهده شوې  (د 22 سپتمبر 2024).  

***