شکست تقارن طبیعی و برندگان نوبل فیزیک

موفقیت برای فیزیک نظری

امسال آکادمی سلطنتی علوم در سوئد، با ورود به جهان بسیار کوچک زیر اتم، جایزه نوبل فیزیک را به دانشمندانی اعطا کرد که با پژوهش‌های خود، برای توضیح ذرات بنیادین کوشیده‌اند. بسیاری از مفاهیم و تئوری‌ها در عرصه فیزیک نظری، نه تنها برای مردم عادی بیگانه و مرموز به نظر می‌رسند، بلکه برای بسیاری از کارشناسان این رشته نیز مشکل زا هستند.

یوایشیرو نامبو (دانشمند ژاپنی تبار از آمریکا)، ماکوتو کوبایاشی و توشی هیدی ماسکاوا (هر دو از ژاپن) برندگان امسال جایزه نوبل در رشته فیزیک هستند. این سه پژوهشگر، چارچوب ریاضی را مطرح ساختند که از طریق آن می‌توان بهتر از گذشته رابطه میان ذرات تشکیل‌دهنده جهان را توضیح داد.

ماکوتو کوبایاشی (۶۴ ساله) در نخستین واکنش به موفقیت خود بیان داشت:
« جایزه نوبل مرا کاملاً غافلگیر کرد و نمی‌دانم درباره این موفقیت چه باید گفت. این احساسی عجیب است، زیرا کار من در گذشته‌ای دور صورت گرفته و حال ناگهان از من تقدیر می‌شود. اما حال که به گذشته نظر می‌اندازم، باید بگویم که به‌عنوان پژوهشگر، دوران خوبی را تجربه کردم. در این دوران، همه‌چیز جالب و هیجان‌انگیز بود».

تقارن و تناسب

اکثر دانشمندان شیفته تناسب و تقارن در طبیعت زنده و کیهان هستند. مکانیک نیوتنی بر پایه تقارن شکل گرفته است. به‌طور نمونه، قانون کنش و واکنش بر پایه تناسب نیروها بنا گشته است. در فیزیک، بسیاری از پدیده‌های پیچیده از طریق برقراری امور قرینه قابل فهم و بیان است.

زمانی که نامبو نظرات خود را درباره ذرات زیر اتم، به نام "کوارک" مطرح ساخت، با ناباوری و بد فهمی همکاران خود روبرو شد. کوارک‌ها، با انواع مختلف خود، پایه‌ای برای شکل‌گیری اتم و ماده به حساب می‌آیند.

در میانه قرن بیستم، فیزیکدان‌ها با این پرسش مواجهه شدند که چرا در میان ذرات شناخته شده، برخی از آنان، به نام "پیون"، سبکتر از دیگر ذرات هستند؟ اما هیچکس پاسخی برای این پرسش نداشت. نامبو نخستین دانشمندی بود که در آن‌زمان برای تعیین وفهم ویژگی ذرات زیر اتمی، مسئله تقارن را مطرح ساخت. به نظر نامبو، ذرات در زمانی تقارن و تناسب خود را از دست می‌دهند و یا به زبانی دیگر این تقارن درهم شکسته می‌شود. برای تصور ذرات بی‌تقارن می‌توان فرفره در حال چرخش را در نظر گرفت. تا زمانی‌که انرژی کافی برای چرخش وجود دارد، از ثبات و تقارن برخوردار بوده و بر محور خود ایستاده است ولی با پایان انرژی، از چرخش باز می‌ایستد و بر پهلو می‌افتد. در این لحظه، ناگهان تقارن شکسته می‌شود. نامبو، برطبق این فرضیه، بعدها مدل نظری را بنیان نهاد که قادر به توضیح اختلاف وزن بسیار کم ذرات پیون بود.

ماده و ضدماده

در حال‌حاضر "شکست ناگهانی تقارن" یکی از تئوری‌های مهم و پایه‌ای نظری برای فیزیک مدرن است. این مدل نظری، هم‌اکنون برای توضیح پدیده‌های مختلفی به‌کار گرفته می‌شود. بطور مثال می‌توان به رابطه متقابل میان ماده و ضد‌ماده اشاره کرد. بنا به نظر کوبایاشی و ماسکاوا، پژوهشگران ژاپنی، در آغاز پیدایش جهان، در زمانی که انفجاری عظیم رخ داد، (مهبانگ) ماده و ضدماده هم زمان به یک مقدار بوجود آمد، اما سرانجام فزونی ماده بر ضدماده سبب پیدایش جهان شد.

ماده و ضدماده که از ذرات کوچک کوارک بوجود آمده اند، دارای بارهای الکتریکی مثبت و منفی هستند و در شرایط عادی همدیگر را خنثی می‌کنند. اما در آغاز پیدایش جهان، همین برهم خوردن تقارن و تناسب، سبب ازدیاد بسیار کم ماده بر ضدماده شد و امکان پیدایش جهان و سپس حیات را فراهم ساخت.

ماسکاوا به همراه همکار خود کوبایاشی، در دهه هفتاد مقاله‌ای را تدوین کرد که باعث شهرت جهانی هر دو شد. در این مقاله، آنان به سومین نسل از ذرات کوارک پرداختند و بطور نظری آنرا اثبات کردند. اما چهارسال بعد، آزمایشات عملی نظر آنان را تایید کرد. ماسکاوا (۶۸ ساله) پس از اعلام اعطای جایزه نوبل به وی، با خونسردی گفت:

« من یک فیزیکدان هستم و دلیلی برای شادمانی نمی‌بینم. مهترین مسئله در این‌باره اثبات تئوری از طریق آزمایشات بود. کسب جایزه نوبل بیشتر حادثه‌ای اجتماعی است».