Could we create dark matter? - Rolf Landua

آیا می‌توانیم ماده تاریک بسازیم؟ - رالف لاندوا

Translator: sadegh zabihi Reviewer: soheila Jafari

85% of the matter in our universe is a mystery.

ماهیت ۸۵٪ از جهان ما هنوز ناشناخته است.

We don't know what it's made of, which is why we call it dark matter.

نمی‌دانیم از چه ساخته شده است، به همین دلیل به آن ماده تاریک می‌گوییم.

But we know it's out there because we can observe its gravitational attraction

اما می‌دانیم که وجود دارد چون می‌توانیم اثر گرانشی آن را

on galaxies and other celestial objects.

روی سایر اجرام آسمانی مشاهده کنیم.

We've yet to directly observe dark matter,

هنوز ماده تاریک را به طور مستقیم مشاهده نکرده‌ایم،

but scientists theorize that we may actually be able to create it

اما طبق تحقیقات نظری دانشمندان ممکن است درواقع بتوانیم

in the most powerful particle collider in the world.

آن را در بزرگترین برخورد دهنده ذرات دنیا بسازیم.

That's the 27 kilometer-long Large Hadron Collider, or LHC,

همان برخورد دهنده بزرگ هادرون که ۲۷کیلومتر طول دارد و به اختصار "LHC" نامیده می‌شود،

in Geneva, Switzerland.

و در ژنو سوییس قرار دارد.

So how would that work?

خوب چطور کار می‌کند؟

In the LHC, two proton beams move in opposite directions

در برخورد دهنده دو پروتون در خلاف جهت هم حرکت می‌کنند

and are accelerated to near the speed of light.

و تا نزدیک به سرعت نور شتاب می‌گیرند.

At four collision points, the beams cross and protons smash into each other.

در چهار نقطه برخورد، پرتوها همدیگر را قطع می‌کنند پروتون‌ها با هم تصادف می‌کنند.

Protons are made of much smaller components called quarks and gluons

پروتون‌ها از اجرای کوچک‌تری به نام کوارک‌ها و گلئون‌ها تشکیل شده‌اند.

In most ordinary collisions, the two protons pass through each other

در اکثر برخوردهای معمول، دو پروتون از میان هم

without any significant outcome.

بدون دستآورد خاصی گذر می‌کنند.

However, in about one in a million collisions,

با این وجود، تقریباً یک بار در هر یک میلیون برخورد،

two components hit each other so violently,

دو ذره با چنان شدتی با هم برخورد می‌کنند،

that most of the collision energy is set free

که بیشتر انرژی برخورد آزاد شده

producing thousands of new particles.

و باعث به وجود آمدن هزاران ذره جدید می‌شود.

It's only in these collisions that very massive particles,

تنها در این برخوردها است که ذرات بسیار سنگین،

like the theorized dark matter, can be produced.

مانند ماده تاریک نظریه پردازی شده شکل می‌گیرند.

The collision points are surrounded by detectors

نقاط برخورد با آشکارسازها احاطه شده است

containing about 100 million sensors.

و حاوی حدود ۱۰۰ میلیون حسگر است.

Like huge three-dimensional cameras,

مثل دوربین‌های سه بعدی عظیم،

they gather information on those new particles,

اطلاعات مربوط به آن ذرات تازه را جمع‌آوری می‌کنند،

including their trajectory,

اطلاعاتی مانند مسیر،

electrical charge,

بار الکتریکی،

and energy.

و انرژی آنها.

Once processed, the computers can depict a collision as an image.

پس از پردازش، کامپیوترها می‌توانند برخورد را به صورت یک عکس تصویر سازی کنند.

Each line is the path of a different particle,

هر خط مسیر یک ذره متفاوت است،

and different types of particles are color-coded.

و ذرات مختلف با رنگ نشانه گذاری شده‌اند.

Data from the detectors allows scientists to determine

اطلاعات آشکارسازها دانشمندان را قادر می‌سازد

what each of these particles is,

ماهیت این ذرات را تشخیص دهند،

things like photons and electrons.

مثل فوتون‌ها و الکترون‌ها.

Now, the detectors take snapshots of about a billion of these collisions per second

حال این آشکارسازها در هر ثانیه یک میلیارد عکس از این برخوردها تهیه می‌کنند

to find signs of extremely rare massive particles.

تا نشانه‌ای از ذرات بسیار نادر سنگین پیدا کنند.

To add to the difficulty,

برای دشوارتر شدن کار،

the particles we're looking for may be unstable

ذراتی که به دنبال آنها هستیم ممکن است ناپایدار باشند

and decay into more familiar particles before reaching the sensors.

و پیش از آنکه توسط حسگرها شناسایی شوند به ذرات آشناتری فروبریزند.

Take, for example, the Higgs boson,

به طور مثال، بوزون هیگز را در نظر بگیرید،

a long-theorized particle that wasn't observed until 2012.

ذره‌ای که برای مدت‌ها در حد نظریه بود تا آنکه در سال ۲۰۱۲ مشاهده شد.

The odds of a given collision producing a Higgs boson are about one in 10 billion,

احتمال اینکه از یک برخورد به خصوص بوزون هیگز حاصل شود یک در ۱۰ میلیارد است،

and it only lasts for a tiny fraction of a second

و پیش از فروپاشی

before decaying.

تنها کسری از ثانیه باقی می‌ماند.

But scientists developed theoretical models to tell them what to look for.

اما دانشمندان برای اینکه بدانند دنبال چه بگردند مدل‌های نظری را توسعه داده‌اند.

For the Higgs, they thought it would sometimes decay into two photons.

درباره هیگز، متوجه شدند که گاهی به دو فوتون تجزیه می‌شود.

So they first examined only the high-energy events

پس ابتدا تنها برخوردهای پرانرژی

that included two photons.

که شامل دو فوتون بودند را بررسی کردند.

But there's a problem here.

اما مشکلی هست.

There are innumerable particle interactions

برخوردهای بین ذره‌ای بی‌شماری هستند

that can produce two random photons.

که منجر به تولید دو فوتون تصادفی می‌شوند.

So how do you separate out the Higgs from everything else?

پس چطور باید هیگز را هر چیز دیگر جدا کرد؟

The answer is mass.

پاسخ جرم است.

The information gathered by the detectors allows the scientists to go a step back

با استفاده اطلاعات جمع‌آوری شده توسط حسگر دانشمندان می‌توانند یک گام به عقب بروند

and determine the mass of whatever it was that produced two photons.

جرم چیزی که باعث تولید دو فوتون بوده است را اندازه بگیرند.

They put that mass value into a graph

آنها مقادیر جرم را در نموداری وارد می‌کنند

and then repeat the process for all events with two photons.

و بعد فرآیند را برای همه برخوردهای شامل دو فوتون تکرار می‌کنند.

The vast majority of these events are just random photon observations,

اکثر این مشاهدات تنها برخوردهای تصادفی فوتون‌ها هستند،

what scientists call background events.

که دانشمندان به آنها وقایع پس‌زمینه می‌گویند.

But when a Higgs boson is produced and decays into two photons,

اما وقتی که بوزون هیگز تشکیل می‌شود و بعد به دو فوتون تجزیه می‌شود،

the mass always comes out to be the same.

جرم همیشه مقدار یکسانی دارد.

Therefore, the tell-tale sign of the Higgs boson

بنابراین، علامت نشان دهنده بوزون هیگز

would be a little bump sitting on top of the background.

یک برآمدگی کوچک در بالای وقایع پس‌زمینه است.

It takes billions of observations before a bump like this can appear,

میلیاردها مشاهده لازم است تا برآمدگی مانند این بتواند ظاهر شود،

and it's only considered a meaningful result

و تنها زمانی یک نتیجه با معنی تلقی می‌شود

if that bump becomes significantly higher than the background.

که آن برآمدگی به شکل محسوسی از پس زمینه بالاتر باشد.

In the case of the Higgs boson,

در مورد بوزون هیگز،

the scientists at the LHC announced their groundbreaking result

دانشمندان هادرون تنها زمانی نتایج پیشگامانه خود را اعلام کردند

when there was only a one in 3 million chance

که احتمال به وجود آمدن برآمدگی به دلیل آمار تصادفی

this bump could have appeared by a statistical fluke.

یک در ۳ میلیون بود.

So back to the dark matter.

خوب برگردیم به ماده تاریک.

If the LHC's proton beams have enough energy to produce it,

اگر پرتوهای برخورد دهنده هادرون انرژی کافی برای تولید آن را داشته باشند،

that's probably an even rarer occurrence than the Higgs boson.

اتفاقی حتی نادرتر از بوزون هیگز خواهد بود.

So it takes quadrillions of collisions combined with theoretical models

کوادریلیون‌ها برخورد به همراه مدل‌های نظری لازم است

to even start to look.

تا تازه شروع به گشتن کنیم.

That's what the LHC is currently doing.

برخورد دهنده بزرگ هادرون اکنون مشغول همین کار است.

By generating a mountain of data,

با تولید کوهی از اطلاعات،

we're hoping to find more tiny bumps in graphs

امیدواریم برآمدگی‌های کوچک بیشتری در نمودارها پیدا کنیم

that will provide evidence for yet unknown particles, like dark matter.

که شاهدی بر وجود ذرات هنوز شناخته نشده، مانند ماده تاریک باشند.

Or maybe what we'll find won't be dark matter,

یا شاید چیزی که پیدا می‌کنیم ماده تاریک نباشد،

but something else

اما چیز دیگری باشد

that would reshape our understanding of how the universe works entirely.

که همه درک ما از طرز کار کائنات را دگرگون کند.

That's part of the fun at this point.

در اینجا این بخشی از خوشی کار است.

We have no idea what we're going to find.

هیچ ایده‌ای نداریم چه چیزی پیدا خواهیم کرد.