سرن بزرگترین مرکز تحقیقات فیزیک هسته ای جهان

مطمئناً همه شما با عبارت www یا همان دبلیو دبلیو دبلیو  معروف! آشنا هستید.wwwمهمترین مشخصهhttp یا همان پروتکل جابجائی ابرلینکها(hyper text transfer protocol) در شبکه جهانی ارتباطات و فناوری جابجائی اطلاعات هست.فکر کنم برای شما جالب باشد که بدانید برای اولین بار این مشخصه مهم در یک مرکز تحقیقات فیزیک بکار برده شد. سرن (CERN)همان مرکزی هست که برای اولین بار برای ارتباط بین پژوهشگران و دانشمندان خود در سال1990میلادی،www را ابداع کرد.همچنین بد نیست بدانید که آخرین نمونه پیشرفت همین مرکز تحقیقاتی فیزیک هم در زمینه اینترنت و فناوری اطلاعات بوده که میتوان به شکسته شدن رکورد انتقال اطلاعات توسط اینترنت اشاره کرد که آنهم در سرن به انجام رسید!!

 

سرن(CERN) بزرگترین مجموعه آزمایشگاهی دنیا در زمینه فیزیک ذرات بنیادی و فیزیک هسته ای است.این مجموعه عظیم و منحصر بفرد در حاشیه شهر ژنو سوئیس در شهر میرین و در مرز مشترک فرانسه و سوئیس واقع شده است.سرن در 29 سپتامبر سال 1954 میلادی توسط سازمان اروپائی تحقیقات هسته ای شکل گرفته و در طی این مدت نزدیک53 سال توانسته نقش بسیار موثری در رشد و توسعه علم فیزیک داشته باشد.تحقیقات و آزمایشها و پژوهشهای انجام شده در این مرکز و کسب جوایز متعدد توسط دانشمندان و پژوهشگران فعال این مرکز معتبر علمی دنیا(از جمله6 جایزه نوبل) خود نشان از اهمیت سرن در عرصه تبادلات علمی دنیا دارد.

 

دولت سوئیس بعنوان پایه گذار اصلی سرن (به همراه 11 کشور اروپائی دیگر)در پنجاهمین سال تاسیس سرن و بعنوان هدیه، مرکزى به نام «جهان علم و نوآورى» را که یک مرکز شبکه اى جدید و نیز مکانى براى بازدید علاقه مندان است، به این سازمان اهدا کرد. در این مرکز تحقیقات فیزیک هسته ای و ذرات بنیادی که مهمترین هدف آن "کشف رازهاى مبداء جهان"تعریف شده است هم اینک بیش از 3000 فیزیکدان و مهندس بعنوان کارکنان مقیم در زمینه های مختلف نظری و آزمایشگاهی مشغول بکار هستند.

 

در سرن همچنین بیش از 6500 دانشمند از 500دانشگاه از 80کشور دنیا بصورت بازدیدهای کوتاه مدت به سرن می آیند که خود نشان از همکاری بزرگ و بی نظیر علمی دانشمندان و پژوهشگران عرصه علمی جهان دارد. به گفته «چارلز کلایبر» وزیر علوم و پژوهش هاى سوئیس، در50 سال گذشته سازمان اروپایى تحقیقات هسته اى کانون همایش و ملاقات دانشمندان مختلف جهان با ریشه هایى از تمامى ملت ها، فرهنگ ها، مذاهب و اقوام بوده است. کلایبر در مراسم جشن پنجاهمین سالگرد تاسیس «سرن» گفت: "در این مرکز مناقشات و دشمنى هاى سیاسى به هیچ وجه راه ندارد و حکمفرمایى همین روحیه باعث شده است این سازمان بتواند در چگونگى شکل گیرى تفکر انسان نسبت به طبیعت و آغاز جهان کمک هاى قابل ملاحظه اى داشته باشد".

به جز سوئیس 11کشور اروپائی دیگر که در تاسیس پروژه سرن همکاری داشتند عبارت بودند از:
بلژیک،دانمارک،آلمان،فرانسه،یونان،بریتانیای کبیر،ایتالیا،یوگسلاوی،هلند،نروژ و سوئد. و البته بعدها نیزکشورهای اطریش (۱۹۵۹)، اسپانیا (۱۹۶۱-۱۹۶۸ و بعد ۱۹۸۳)، پرتغال (۱۹۸۶)، فنلاند (۱۹۹۱)، لهستان (۱۹۹۱)، مجارستان (۱۹۹۲)، جمهوری چک (۱۹۹۳)، اسلوواکی (۱۹۹۳) و سرانجام بلغارستان (۱۹۹۹) به عضویت آن درآمدند.

این کشورها اعضای اصلی اداره کننده سرن هستند و از لحاظ اداری-مالی تامین کننده عمده هزینه های مالی سرن هستند.این کشورها سالیانه حداقل مبلغی بالغ بر 5میلیون یورو پرداخت میکنند که صد البته بسیاری از این کشورها علاوه بر مبلغ حداقل فوق جهت هزینه های بسیاری از پروژه های سرن بصورت مستقیم و غیر مستقیم مبالغ دیگری در نظر میگیرند مثل آلمان و ایتالیا تاکنون فقط برای یکی از پروژه های سرن به اسم (LHC) تاکنون بیش از300میلیون یورو هزینه کرده اند.

بزرگترین برنامه کنونی سرن،علاوه بر تحقیقات گوناگون در زمینه فیزیک هسته ای و ذرات بنیادی،اجرای پروزه بزرگ LHC (Large Hadron Collider) یا همان" ابرتصادم گر هادرونى"است که بعنوان بزرگترین پروژه تحقیقاتی جهان شناخته میشود. ابرتصادم گر هادرون یک شتاب دهنده  ذرات با انرژى و پیچیدگى بى نظیر و بى سابقه است که نتیجه آن همکارى و مشارکت جهانى براى آشکارسازى بخش جدید پنهانى از حقیقت است.

 

دسته دوم از کشورهای مشارکت کننده در سرن،شش کشور آمریکا،روسیه،ژاپن،ترکیه،هند و اسرائیل هستند که بعنوان ناظر در سازمان تحقیقات هسته ای سرن حضور دارند.این کشورها هم سهم و مشارکت فعالی در انجام پروژه های تحقیقاتی سرن و همچنین در تامین هزینه های مالی و تجهیزات سرن دارند.برای مثال تاکنون ایالات متحده رقمی بالغ بر یک میلیارد دلار برای پروژه LHC هزینه کرده است.

و اما دسته سوم از کشورهای مشارکت کننده در سرن،کشورهای غیر عضو سازمان اروپائی تحقیقات هسته ای هستند که در برنامه های مختلف تحقیقاتی سرن مشارکت دارند.این دسته که شامل 26کشور است عبارتند از:
الجزایر،آرژانتین،ارمنستان،آذربایجان،بلاروس،برزیل،چین،کانادا،کرواسی،قبرس،استونی، گرجستان، ایسلند،
ایرلند،مکزیک،مراکش ،پاکستان، پرو، رومانی، صربستان ،اسلونی،آفریقای جنوبی،کره جنوبی،تایوان،اوکراین و ایران.

این کشورها بسته به توانائی های علمی و تحقیقاتی خود می توانند در پروژه های آزمایشگاهی و نظری سرن شرکت می کنند.در حقیقت،عمده ترین بهره این کشورها از همکاری با سرن،تماس نزدیک و خارج از محدودیت های متداول (سیاسی) با تکنولوژی نوین و کسب مستقیم و بی واسطه دانش علمی و فنی است.
 
بعد از عضویت رسمی ایران در سرن در سال2001 میلادی و همکاری با سرن در زمینه پروژه بزرگ LHC و ساخت و تامین قطعاتی از این پروژه هم اینک هفت پژوهشگر و سه دانشجو دوره دکترا در زمینه فیزیک ذرات بنیادی در سرن مشغول پژوهش و تحقیقات هستند و همچنین قرار است دو دانشجوی دیگردوره دکترا به این جمع اضافه شود.لازم به ذکر است که مشارکت انفرادی فیزیکدانان ایرانی در سرن به قبل از سال2000 بر می گردد.
                                                                                      

پیش از این درباره شتابدهنده خوشه های پروتونی LHC با محیطی بالغ بر 27 کیلومتر به مختصر گفته شد که بزرگترین پروژه تحقیقاتی جهان به شمار میرود.هدف از پروژه LHC ساخت دو پر انرژی پروتونی با انرژی بیش از Tev 7 است که با برخورد دادن این دو پرتو و آشکارسازی ذرات حاصل از این برهمکنش آنها ساختار درونی مواد و ذرات بنیادی سازنده آنها شناخته شود.پروژه LHC با بودجه ای بالغ بر شش میلیارد دلار از سال1995 شروع شده و راه اندازی آن و شروع آزمایشهای مربوطه برای انتهای سال 2007 پیش بینی شده است.

 

بد نیست بدانید که هزینه ساختمانی که این شتابدهنده در آن نصب می شود بالغ بر 500 میلیون فرانک سوئیس است و پیش بینی می شود که هزینه نهائی آن بعد از انجام تمام مقدمات و آزمایشات در نهایت بالغ بر 10میلیارد یورو شود.جزئیات بیشتر از ساختار و نحوه کار LHC موضوعی نیست که ما بدنبال آن باشیم بلکه میخواهیم نقش و فعالیت ایران را در ساخت این پروژه عظیم تحقیقاتی جهان مورد بررسی قرار دهیم.

 

قبل از هر چیزی لازم است بدانید که برای پروژه LHC،چهار آزمایش بزرگ با آشکارسازهای بسیار زیاد طراحی شده است که در چهار محل تلاقی دو پرتو پروتونی قرارگرفته اند.این آزمایشها عبارتند از:
LHCB-ALICE-CMS-ATLAS

 

هر کدام از این آزمایش های چهارگانه شامل مجموعه عظیمی از آشکارسازهاست که کار ساخت آنها توسط مراکز تحقیقاتی مختلف و دانشگاهها و شرکت های بزرگ صنعتی در سراسر جهان در حال اجراست.

آزمایش CMS (Compact Muon Solenoid) یکی از چهار آزمایش بزرگ پروژه LHC است.همکاری ایران در این آزمایش در اولین قدم با ساخت قسمتی مکانیکی از آزمایش CMS با عنوان"میز نگهدارنده این آشکار ساز HF و محفظه استوانه ای پوشاننده آن"و با نظارت مهندسان سرن و با انتقال دانش فنی مربوطه به شرکت هپکو اراک بعنوان مجری این آزمایش به انجام رسید. این میز باید بتواند قطعاتی به وزن حدود 200 تا 300 تن را تحمل کند که اجزای آن با فاصله میلیمتری از یکدیگر باز و بسته می شوند. این میز در حقیقت یک دستگاه مکانیکی با تولرانس بسیار بالا به شمار می رود که هزینه ساخت آن نیز برعهده ایران است.(مبلغی بالغ بر 600 میلیون تومان)

 

دکتر محمد محمدی، متخصص فیزیک ذرات بنیادی و سرپرست گروه سازنده شتاب دهنده سرن در ژنو، که از طرف دانشگاه فلوریدا این مأموریت را عهده دار شده است در این زمینه می گوید:«برای ایران، موضوع اصلی فعالیت های پژوهشی از این قبیل، دستیابی به منافع اقتصادی آنی نیست، بلکه منفعت اصلی، دستاوردهای علمی است که از طریق مشارکت در یک پروژه علمی بین المللی، آن هم در بالاترین سطح پژوهش در حوزه فیزیک ذرات بنیادی نصیب کشورمان می شود.»

همچنین برای آزمایش CMS چهار لایه مختلف از آشکارسازهای RPC در دو قسمت انتهائی استوانه آن در نظر گرفته شده است که باید سه لایه آن برای سال2007 میلادی و لایه چهارم برای آزمایش سال2010 آماده باشند.در ساخت PRC هایCMS چهار کشور ایتالیا،کره جنوبی،چین و پاکستان همکاری میکنند.در مورد ساخت لایه چهارم PRC هایCMS هم اکنون کشورهای هند،ایران،کره و پاکستان مشغول بررسی برای قبول مسئولیت هستند و در نهایت با همکاری کشور ایتالیا انجام خواهد شد.در صورت موفقیت ایران در کسب مسئولیت ساخت RPCهای لایه چهارمCMS در داخل کشور،این پروژه اولین مشارکت آزمایشگاهی ایران در یک آزمایشگاه بزرگ بین المللی خواهد بود.

در انتها لازم به یادآوری است که بدنبال مشارکت موفقیت آمیز ابتدائی ایران در CMS پروژه تور(grid) را نیز به موارد همکاری ایران و سرن نیز میتوان اضافه کرد.در باب معرفی مختصری از پروژه تور(grid) باید گفت که همانطور که وب برای به اشتراک گذاردن اطلاعات در اینترنت است،تور یک سرویس نرم افزاری برای به اشتراک گذاردن توان محاسباتی و فضای ذخیره داده ها بین کامپیوترهای متصل به اینترنت است و هدف نهائی از آن ایجاد یک شبکه وسیع جهانی محاسباتی و اطلاعاتی است.

در این نوشتار سعی شد تا حد امکان از روی آوردن به مباحث تخصصی فیزیک ذرات بنیادی و همچنین فیزیک هسته ای و مبحث شتابدهنده ها و معرفی آنها پرهیز شود و هدف اصلی نویسنده معرفی خوانندگان و کاربران عزیز با سرن بعنوان بزرگترین مجموعه تحقیقاتی و آزمایشگاهی جهان در زمینه فیزیک ذرات بنیادی و همچنین پروژه های آن و نقش و همکاری ایران در انجام این مهم بود.امیدوارم که این مقاله مورد مفید واقع شده باشد.

در تهیه این نوشتار از منابع مطالعاتی و پایگاههای اطلاع رسانی ویکی پدیا،روزنامه شرق،سایت رسمی مرکز تحقیقاتی سرن،پایگاه اینترنتی و خبرنامه داخلی مرکز تحقیقات فیزیک نظری ایران(IPM) استفاده شده است.