تکنی کالر

تا کنون چهار نیرو در طبیعت شناخته شده است: گرانش، الکترومغناطیسی، نیروی هسته‌ای ضعیف و نیروی هسته‌ای قوی (که نیروی «رنگی» نیز نامیده می‌شود). نظریه‌سازان با وحدت بخشیدن به نیروهای ضعیف و الکترومغناطیس موفق شدند مسئلۀ بسیار مهمی را حل کنند، اما مسئله‌ای به وجود آوردند که سال‌هاست آن‌ها را مشغول داشته. ممکن است برای حل مسئلۀ جدید نیاز به نیروی اساسی پنجمی باشد، این نیرو را «تکنی کالر» نام داده‌اند. اگر ایدۀ تکنی کالر درست باشد، آزمایش‌هایی که قرار است در سال‌هایآینده در اروپا انجام شود منجر به کشف ذرۀ جدیدی به نام «تکنی پیون» خواهد شد، این ذرۀ با کلیۀ شکل‌های ماده که قبلا مشاهده شده متفاوت خواهد بود.
ترکیب نیروی الکترومغناطیسی با نیروی ضعیف و رسیدن به یک برهم‌کنش وحدت یافته، جایزۀ نوبل در رشتۀ فیزیک را نصیب شلدون گلاشو، استیون واینبرگ و عبدالسلام کرد. در نظریۀ الکتروضعیفی که این سه نفر ارائه کرده‌اند، دو نیروی ضعیف و الکترومغناطیسی به طرز نسبتاً متقارنی وحدت یافته‌اند. چنین وحدتی وجود ذرات بنیادی جدیدی به نام «بوزون‌های ضعیف» W^+ و W^- و Z^° را لازم می‌آورد. این ذرات که اخیراً در سِرن کشف شدند حامل نیروی ضعیف فرض می‌شوند. از طرف دیگر می‌دانیم که نیروی الکترومغناطیسی توسط فوتون، ذرۀ اساسی نور، حمل می‌شود. در حالی که فوتون کاملا بدون جرم است، سه بوزون ضعیف باید بسیار سنگین باشند، تقریباً 90 تا 100 برابر سنگین‌تر از پروتون، و همین اختلاف در جرم چهار ذره است که شکستن تقارن نیروی وحدت یافتۀ الکتروضعیف را به دو مؤلفۀ الکترومغناطیسی و ضعیف نشان می‌دهد.
در این‌جا سوال مهمی پیش می‌آید: کدام برهم‌کنش اساسی است که باعث این نقض تقارن می‌شود و چنین اختلافی را بین جرم فوتون و بوزون ضعیف به وجود می‌آورد؟ (خود برهم‌کنش ضعیف نمی‌تواند علت این امر باشد چرا که می‌دانیم این برهم‌کنش بسیار ضعیف است). در طرح اولیۀ وحدت این سؤال با تدبیر زیرکانه‌ای بدون پاسخ گذاشته می‌شد؛ تدبیر معرفی مجموعۀ دیگری از ذرات بنیادی فرضی به نام مزون‌های هیگز بود. مزون‌های هیگز می‌توانند با بوزون‌های ضعیف جفت شوند و آن‌ها را جرم‌دار کنند، ولی نمی‌توانند با فوتون‌ها جفت شوند و در نتیجه فوتون بی‌جرم می‌ماند. آن‌چه در مورد تصویر بالا ناهنجار به نظر می‌رسد پایه‌گذاری آن روی فرض‌های دل‌خواه و ویژه (من در آوردی) در مورد طبیعت مزون‌های هیگز است. یعنی این نظریه آن طور که فیزیک‌دان‌ها می‌خواهند کار نکرده است؛ مزون‌های هیگز می‌توانستند بوزون‌های ضعیف را نیز بی‌جرم باقی گذارند. تمام این فرض‌های اختیاری مجازند، چرا که مزون‌های هیگز ذرات بنیادی فرض شده‌اند.
این‌جاست که «تکنی کالر» وارد معرکه می‌شود. تکنی کالر برهم‌کنش قوی جدیدی است که توسط استیون واینبرگ و لئونارد ساسکیند پیشنهاد شده تا نشان دهد که مزون‌های هیگز باید وجود داشته باشند و همان‌طور رفتار کنند که می‌کنند. اگر برهم‌کنش تکنی کالر وجود داشته باشد، هیچ لزومی ندارد که مزون‌های هیگز بنیادی باشند. بلکه می‌توان این ذرات را موجودات مرکبی دانست که از ذرات کوچک‌تری به نام «تکنی کوارک» درست شده‌اند؛ و می‌توان توضیح داد که تکنی کوارک‌ها را نیروهای نکنی کالر قوی در کنار هم نگه داشته‌اند. تمامی آن‌چه گفته شد مشابهت دارد با تصویری که در آن گفته می‌شود مزون‌های معمولی از کوارک‌های معمولی که توسط نیروی رنگی به هم پیوسته‌اند تشکیل شده‌اند. نیروهای تکنی کالر توضیحی طبیعی برای طریقۀ برهم‌کنش مزون‌های هیگز ارائه می‌دهند. به علاوه، این واقعیت که تکنی کوارک تقریباً 1000 برابر سنگین‌تر از کوارک معمولی است ایجاب می‌کند که مزون هیگز جرمی داشته باشد در حدود 1000 برابر جرم پروتون.
فقط یک مسئله می‌ماند و آن بررسی صحت و سقم ادعاهای بالاست، یعنی وجود نیروی جدیدی به نام تکنی کالر که ذرات بنیادی جدیدی به نام تکنی کوارک را به هم می‌پیوندند تا مزون‌های هیگز را به وجود آورد. به نظر می‌رسد برای این منظور فیزیک‌دان‌ها به شتاب‌دهنده‌هایی نیاز دارند که توانایی تولید انرژی‌هایی معادل حداقل 1000 برابر جرم پروتون را داشته باشند.
چند فیزیک‌دان نظری با محاسبات خود نشان داده‌اند که اگر از یک نوع شتاب دهندۀ مناسب استفاده کنیم تنها به یک دهم این انرژی نیاز خواهیم داشت. آن‌ها به خصوص نشان داده‌اند که تکنی کوارک‌ها باید بتوانند به هم بپیوندند و ذراتی غیر از مزون هیگز نیز به وجود آورند. این ذرات «تکنی پیون» (مشابه تکنی کالر پیون) نامیده می‌شوند و حداقل چهار نوع‌اند؛ از این چهار نوع، دو نوع‌شان بار الکتریکی دارند و دو نوع دیگر خنثی هستند.
نکتۀ مهم این است که تکنی پیون باردار تنها 8 تا 40 برابر پروتون جرم دارد. بنابراین بوزون ضعیف Z^° که 100 برابر پروتون جرم دارد گاهی به یک زوج تکنی پیون باردار واخواهد پاشید. بنابراین، دستگاهی که برای محک زدن ایدۀ تکنی کالر لازم است دستگاهی است که بتواند تعداد بسیار زیادی Z^° (تقریباً 10 میلیون در سال!) تولید کند.
در حال حاضر، در سراسر جهان، تنها دستگاهی که می‌تواند این همۀ Z^° تولید کند LEP است (مخفف طرح بزرگ الکترونی) که کارهای ساختمانی آن در سِرن، در ژنو سوئیس، ادامه دارد. این طرح تا اواخر سال 1987 کامل خواهد شد. جست‌وجوی تکنی پیون بخشی از برنامه‌های پژوهشی تصویب شدۀ LEP است. بدین ترتیب آزمایش‌های مربوط به تکنی پیون در اروپا انجام خواهد شد نه در ایالات متحده، چرا که ایالات متحده طرحی برای ساختن «کارخانۀ Z^°» پر ظرفیتی که برای این کار لازم است ندارد. در حالی که پژوهش در زمینۀ فیزیک بالاـ انرژی یک کار بسیار عظیم و بین‌المللی است، بسیاری از فیزیک‌دان‌های امریکایی از این که آزمایش یادشده و سایر آزمایش‌های جالب با Z^° برای اولین بار در امریکا انجام نمی‌شوند احساس تلخ‌کامی می‌کنند.