گارگامل و اثبات آزمایشی نظریه عبدالسلام

در تابستان سال 1973 روزی به دفتر كار پل موسه، پژوهشگر مركز تحقیقات هسته‌ای اروپا در سرن رفته بودم. موسسه كه مسئول پروژه آشكارساز اتاقك حباب گارگامل بود، از منشی‌اش خواست تا عبدالسلام را هر چه زودتر با تلفن پیدا كند. به محض برقرار شدن تماس با خوشحالی گفت" سلام بیا كه جریان‌های خنثی را در گارگامل دیدیم".
در فوریه 1964 آندره لاگاریگ، پل موسه، و روست از اكول پلی تكنیك پاریس، استفاده از چنین دستگاهی را برای آزمایش‌های نوترینو پیشنهاد كردند. لویی لوپرنس رینگه، فیزیك‌دان كهنسال و متخصص پرتوهای كیهانی، این پروژه را گارگامل نامید، كه نام زنی بسیار فربه و پرخور در یكی از رمان‌های رابله است. از گارگامل، هم به عنوان هدف استفاده می‌شد و هم به عنوان آشكار ساز. حجم زیاد اتاقك و مایع داخل آن امكان می‌دهد كه نوترینوهایی با احتمال ضعیف بر هم‌نش (≈〖10〗^(-42) cm^2 GeV^(-1) ) بالاخره در آن به دام بیفتند و هادرون‌ها، لپتون‌ها و همچنین زوج الكترون – پوزیترون حاصل از پرتوهای گاما، كه همگی توسط نوترینوهای بسیار پر انرژی (25GeV
گارگامل از آغاز كارش در سال 1971 تا نوامبر 1978 – كه گویا توسط گروه رقیب (BEBC) از كار افتاد و ترك برداشت و به موزه پاریس سپرده شد – به خوبی و با موفقیت خدمت كرد. جریان‌های خنثی و ذرات افسون اولین بار در گارگامل آشكار شدند.
مشخصات كلی گارگامل اینها بود: طول 80ر4 متر، قطر 96ر1 متر، حجم داخلی 12 متر مكعب، و قطر داخلی 88ر1 متر. باریكه در امتداد محور اتاقك، كه تقریباً به شكل استوانه بود، وارد می‌شد. سیستم نوری شامل دو ردیف بود و هر ردیف چهار دوربین با چشمی متورم (چشم قورباغه‌ای) داشت كه در مایع غوطه‌ور بود. دوربین‌ها به طور متقارن در دو طرف محور استوانه قرار داشتند. محورهای دوربین‌ها به اندازه 33± درجه نسبت به سطح افق شیب داشتند. برای نوردهی اتاق در هنگام عبور اشعه، 21 فلاش گزنونی به سطح مقابل دوربین‌ها تابانده می‌شد. ناحیه‌ای كه توسط این سیستم نوری دیده می‌شد حدود 7 متر مكعب بود. میدان مغناطیسی اطراف گارگامل 20 كیلوگاؤس و در راستای عمود بر محور اتاقك بود. این میدان كه در تمام حجم مرئی یكنواخت بود توسط دو پیچه مسی ایجاد می‌شد. مایع داخل اتاقك وزنی در حدود 6 تن داشت و از مخلوط 5ر90 درصد C3H8 و 5ر9 درصد CF3Br (فرتون) با چگالی جرمی g/cm3 51ر0 تشكیل می‌شد. طول تابش این مایع cm61 و احتمال تبدیل گاما به زوج ذره 65% بود. طول بر هم‌كنش حدود cm110 و طول مسیر مفید میانگین (برای ذره‌ای كه بتواند به سمت جلو برود) حدود cm230 بود. دو پرده الاستومر كه از یك طرف با مایع گرم (⃘ 30 تا ⃘ 50 سانتی‌گراد) و از طرف دیگر با ازت تحت فشار در تماس بود موجب انقباض و انبساط مایع می‌شد. فشار از kg/cm2 20 در انقباض، به kg/cm210 در لحظه انبساط می‌رسید، و هر بار كه این لحظه فرا می‌رسید تمام ساختمان اطراف گارگامل به لرزه می‌افتاد. فاصله هدف مورد برخورد پرتوهای شتاب‌دهنده (از جنس برلیوم Be) تا هدف مایع داخل اتاقك، حدود 980 متر بود. داده‌ها به یك مینی‌كامپیوتر می‌رفت و دسته بندی می‌شد و نوار مغناطیسی حدود 70 تا 80 برشی زمانی را برای هر عكس می‌توانست ثبت كند. تمام سیستم حافظه الكترونیكی می‌توانست 1023 رویداد را در هر فاصله زمانی ns2 ثبت كند.
شش سال طول كشید تا گارگامل ساخته شد. سیستم آماده بود و همه قبول داشتند كه بهترین تأیید بر نظریه الكتروضعیف سلام – واینبرگ یافتن ⃘ Z است كه احتمالاً از آزمایش نوترینو – الكترون در اتاقك حباب حاصل خواهد شد
〖(v〗_2+e^-→v_2+e^-)
الكترون‌ها همان الكترون‌های مولكول‌های فرئون بودند. در جریان خنثی، نوترینو بعد از برخورد به راه خود ادامه می‌دهد و الكترون در اثر میدان مغناطیسی و انرژی‌ای كه از نوترینو گرفته است حركت مارپیچی می‌كند ( در جریان باردار، نوترینو‌ها به صورت میون‌های مثبت یا منفی ظاهر می‌شوند) پس جستجوگرها در عكس‌های اتاقك حباب می‌بایست دنبال الكترون‌های مجرد با مسیرهای دایره‌ای می‌گشتند؛ یعنی ردپا یا مشخصه جریان خنثی یك الكترون پرتاب شده مجرد بود به شرطی كه هیچ میونی در مجاورت آن نباشد. تشخیص این الكترون ساده ولی احتمال وقوعش كم است. در واقع مدیر پروژه گارگامل (پل موسه) تردید داشت كه بتوان در میان صدها هزار عكس آن‌ها را پیدا كرد. موسه فكر كرد بهتر است گروه او رویداد‌های هادرونیك (بر هم كنش‌های بین نوترینوها و پروتون‌ها یا نوترون‌ها) را بررسی كنند كه دو هزار بار محتمل‌تر بودند. متأسفانه جریان‌های هادرونیك خنثی، از جریان‌های خنثی (v-e) كمتر دیده می‌شد، زیرا وقتی v به پروتون برخورد می‌كرد، پروتون پرتاب شده با ذره مجاور خودش برهم‌كنش قوی انجام می‌داد و تعداد پیون‌های ثانوی، ذره لاندا، و بعضی ذرات دیگر ایجاد می‌كرد. در بر‌هم‌كنش‌های هادرونی هم، غیاب میون نشانه حضور جریان خنثی بود. پل موسه تصمیم گرفت خودش رویداد‌ها را از نزدیك ببیند. او و همكارانش به اتاق‌های بررسی عكس‌ها در زیر زمین رفتند و تقریباً یكسال وقت خود را در این اتاق‌ها به تماشای تصاویر سیاه و سفید روی میزها گذراندند. موسه نزدیك بین بود و مجبور بود عكس‌ها را خیلی نزدیك به چشم بگیرد. یك روز در اوایل 1973 چیزی دید كه نفس را در سینه‌اش حبس كرد: یك بر‌هم‌كنش تر و تمیز در عقب گارگامل و در راستای پرتوهای ورودی. این رویداد بسیار انرژتیك بود، یعنی نمی‌توانست ناشی از بر‌هم‌كنش با نوترون باشد، چون نوترون‌ها حداكثر می‌توانستند 60 سانتی‌متر بدون برهم‌كنش در مایع اتاقك نفوذ كنند ولی این رویداد در فاصله حدود 3 متر از دریچه ورودی بود. رویداد ناشی از اشعه كیهانی هم نمی‌توانست باشد، زیرا برهم‌كنش درست در راستای نوترینو‌های ورودی بود. موسه تصویر را به سرپرست همكاری‌ها (لاگاریك) نشان داد.
موسه می‌دانست كه آمریكایی‌ها در فرمی لب مشغول بررسی بر‌هم‌كنش‌های نوترینو در انرژی‌های زیاد هستند، و می‌خواست خودش اولین كسی باشد كه جریان‌های خنثی را می‌بیند و به جهانیان اعلام می‌كند. سرانجام این افتخار نصیب پل موسه شد كه در تالار بزرگ سرن در 19 ژوئیه 1973 كشف جریان‌های خنثی را به اطلاع همه برساند. از بررسی 290000 عكس برداشته شده از گارگامل حدود 100 نمونه جریان خنثی vN→vX مشاهده شد. پل موسه كه در واقع آمریكایی‌ها را شكست داده بود در این جلسه گفت: من نظریه‌دان نیستم و بنابراین نمی‌توانم تمام زیبایی نظریه‌ها را درك كنم، اما به هر حال واقعیت را می‌فهمم. برایم بسیار شعف‌انگیز است كه چیزی را كشف كرده باشم كه قرن‌ها پنهان بوده است.
با راه‌اندازی شتاب‌دهنده سوپر پروتون سنیكروترون (SPS) در سال 1976، پروژه‌های بین‌المللی با همكاری كشورهای فرانسه، آلمان، انگلیس، سوئد، و بلژیك در مورد بر‌هم‌كنش الاستیك v ̅_μ e^-→v ̅_μ e^- و بر هم‌كنش غیر الاستیك v ̅_μ N→μ^+ N، به منظور مطالعه جریان‌های خنثی و جریان‌های باردار آغاز شد. آشكارساز مورد استفاده گارگامل بود. من كه مشغول گذراندن رساله دكترای دولتی‌ام بودم. در این آزمایش با گروه فرانسوی همكاری می‌كردم.
لاگاریك و موسه مدتی مدیریت بخش‌هایی از سرن را به عهده داشتند. لاگاریك در سال 1975 به مرگ ناگهانی از دنیا رفت و موسه در تابستان 1985 در حادثه پرت شدن از كوه‌های مون بلان كشته شد. در آن زمان من در سالن كنفرانسی در فرانسه بودم. ساعت سخنرانی پل موسه هم اعلام شده بود ولی ناگهان خبری همه را به شدت متأثر كرد: پل موسه ناگهان در گذشته است!