ראשי » מדע ומחשבים » מדע » חלל ופיזיקה

אז מה חוקרים במאיץ החלקיקים הענקי ב-CERN

אחרי גילוי החלקיק האלוה-י אנו עוסקים עכשיו בחומר האפל ובבדיקת תכונותיו של האנטי חומר

אחד מהמתקנים הגדולים והמורכבים ביותר שנבנו אי פעם על ידי האנושות במחקר מדעי נמצא במרכז למחקר פיזיקת חלקיקים CERN אשר בגבול שוויץ וצרפת - מאיץ החלקיקים הגדול ביותר בעולם ה- LHC. מדובר על טבעת באורך 27 ק"מ הנמצאת 100 מטר מתחת לפני הקרקע וארבעה גלאי ענק נמצאים לאורכה. בטבעת זו, שהיא דוגמא לאתגר לא רק פיזיקלי אל גם הנדסי מורכז ביותר, חוקרים את החלקיקים הקטנים ביותר שמרכיבים את החומר והתכונות שלהם, זאת על ידי שתי אלומות של פרוטונים להתנגש במהירויות הקרובות למהירות האור.
הנוסחה של איינשטיין והמאיץ

איך זה פועל? כל שצריך לדעת כדי להבין זאת הוא המשוואה הידועה ביותר בפיזיקה השייכת לאלברט איינשטיין E=mc2. אנרגיה ומסה שקולות אחת לשנייה. כלומר, בעזרת מסה אפשר ליצור אנרגיה ובעזרת אנרגיה אפשר ליצור מסה. כך, כאשר גורמים לשתי אלומות פרוטונים להתנגש, האנרגיה הנוצרת בהתנגשות הופכת למסה ונוצרים חלקיקים תת-אטומים בעקבות כך. את החלקיקים החדשים שנוצרו מזהים בעזרת גלאי ענק הנמצאים לאורך המאיץ. ככל שיש יותר אנרגיה בהתנגשות כך נוצרים חלקיקים כבדים יותר. למשל כדי למצוא את חלקיק ההיגס, נדרשה כמות אנרגיה גדולה מאד שתאמה לטכנולוגיה שהתקיימה רק במאיץ החלקיקים.

ביולי 2012 הוכרז כי בוזון ההיגס, הידוע בכינויו "החלקיק האלוהי", בעזרתו פועל מנגנון הענקת המסה לחלקיקים תת-אטומיים נמצא וגילוי זה אף זיכה את פרופ' פיטר היגס ופרופ' פרנסואה אנגלר קיבלו פרס נובל בפיזיקה לשנת 2013.

 


- כל התכנים הכי מעניינים - בעמוד הפייסבוק שלנו

האנטי חומר במרכז המחקר
ומה הלאה? מה קרה מאז במאיץ החלקיקים? ראשית נותחו כמויות מידע רבות נוספות בדבר חלקיק ההיגס וכעת בודקים את תכונותיו וההתאמה שלהם לתיאוריה. שנית, המאיץ עבר בשנתיים האחרונות שדרוג על מנת לאפשר לפרוטונים להתנגש עם אנרגיה גבוהה יותר. כפי שכתבתי קודם, ככל שתהיה יותר אנרגיה בהתנגשות נקבל בעקבות כך חלקיקים כבדים יותר ואולי נצליח לקבל חלקיקים שטרם מצאו.

אז מה עושים אחרי גילוי חלקיק ההיגס?
יש מספר מחקרים שנעשים במרכז לחקר פיזיקת חלקיקים CERN אך אם אנסה להתמקד בשניים עיקריים הייתי אומר שהראשון הוא פתרון התעלומה של האנטי חומר והשני פתרון תעלומת החומר האפל. אנטי חומר הוא שם מעט מתעתע. האמת שהוא חומר לכל דבר פרט להבדל קטן – סימן המטען החשמלי שלו. כך למשל, לאלקטרון יש אנטי חומר הנקרא פוזיטרון וההבדל בניהם או רק סימן המטען החשמלי. שלא תחשב ובטעות שזה רק בתיאוריה, בבדיקות PET בבתי חולים האות P מייצגת את השימוש בפוזיטרון. מה חוקרים באנטי חומר? שני דברים עיקריים – מה התכונות של אנטי חומר, למשל האם הוא מגיב לכוח הכבידה באופן זהה כמו חומר? כמו כן מדוע יש רק חומר ביקום ולא אנטי חומר? לאן כל האנטי חומר נעלם?

המחקר הגדול השני הוא פתרון התעלומה מהו חומר אפל – Dark Matter. לפי תצפיות שנעשו בגלקסיות כמות המסה שאנו רואים קטנה משמעותית ממה שמודדים. כלומר יש חומר שאנו לא רואים אותו ולכן זהו שמו – אפל. יש מספר קבוצות בעולם שחוקרות את הנושא ולכל אחת תיאוריה משלה איזה חלקיק הוא יכול להיות, אך עדיין אף אחד עוד לא הצליח למצוא עדות בגלאי כשלהו לחומר אפל. ב- CERN מקווים שאולי בעזרת שדרוג המאיץ והגדלת האנרגיה בהתנגשות למצוא עדות לחלקיקים מעומדים לתפקד כחומר אפל.

פעילות הדרכה ברחבי העולם
מעבר למחקר במאיץ עצמו עוסקים חוקרי המאיץ בהסברת הגילויים שלו לכלל הציבור ברחבי העולם. השבוע נערכה בישראל, במרכז חינוך ליאו באק שבחיפה, תכנית ייחודיות וראשונית למורים לפיזיקה, במימון קרן טראמפ ובתמיכת הפיקוח להוראת הפיזיקה בארץ, במטרה לשים את המורה כמרכבי מרכזי ליצירת התלהבות והגברת המוטיבציה של תלמידיו וחשיפתו לנושאים הנמצאים בחזית המדע, ובכך להראות להם את העולם הקסום של המדע ולעודד אותם לבחור ללמוד פיזיקה ברמה גבוהה.

מאחר וקיים קושי תקציבי להביא מורים במשלחת למאיץ החלקיקים חשבתי למה לא להביא את מאיץ החלקיקים למורים? בעזרת הקהילה של הפיזיקאים בארץ העובדים ב-CERN. בעזרתו של פרופ' דניאל ללוש ממכון וייצמן למדע הצלחנו להביא שלושה פיזיקאים מ- CERN לארץ כדי שיוכלו לדבר עם המורים ולהעביר להם הרצאות בנושא פיזיקת חלקיקים ולדבר על המחקר הנעשה ב-CERN. פעילות מסוג זה, מעניקה למורים ולתלמידיהם לא רק את הידע התוכני אלא גם פיתוח סקרנות ומוטיבציה גדולה בלימודי הפיזיקה ובהגברת החשיבות לבחירת לימודים אקדמיים בנושאים אלו.

 

התכנית כללה הרצאות שהועברו הן על ידי הפיזיקאים האורחים מ- CERN  וגם בעזרת פיזיקאים ישראלים העובדים בשיתוף פעולה איתם – פרופ' יורם רוזן מהטכניון ופרופ' דניאל ללוש ממכון ויצמן למדע.
התכנית לא כללה רק הרצאות אלא גם שילבה פעילויות שניתן לבצע עם התלמידים בכיתות. למשל באחת הפעילויות המורים בנו גלאי חלקיקים ויכלו בעזרתו לצפות בחלקיקים הנוצרים מקרינה קוסמית ובפגיעתה באטמוספירת כדור הארץ יוצרת חלקיקים אשר ניתן לראותם בעזרת הגלאי שבנו. בפעילות אחרת המורים נחשפו לפעילות בתנועה מעגלית, נושא הנמצא בתכנית הלימודים בתיכון, אך בסופה התלמיד נחשף לנושא של חומר אפל. נושא שכיום חוקרים אותו בכמה מקומות בעולם וטרם נמצא הפתרון מהו חומר אפל.

במקביל לתכנית זו 3 הפיזיקאים דיברו עם תלמידים ברחבי הארץ, מתל חי שבצפון ועד מרכז אילן רמון שבדרום. ביום ד' האחרון אף דיברו עם 250 תלמידים במרכז חינוך ליאו באק, תלמידים יהודים, נוצרים ומוסלמים היושבים יחד באותו חדר ושומעים את ההרצאות המרתקות על מאיץ החלקיקים. אז מעבר לפיזיקה גם איחוד וקירוב בין אנשים הוא חלק מהמטרות שלשמן התכנית נוצרה.

קובי שורצבורד, הוא מנהל תחום מדעים וטכנולוגיה מרכז חינוך ליאו באק, חיפה

היכנסו לעמוד הפייסבוק החדש של nrg