«هارالد فریش» در میانه توفان

عبدالحسن بصیره-استاد فیزیک بازنشسته دانشگاه کردستان:‌چند روز پیش از طریق دوست خوبم آقای «حسن فتاحی»، مطلع شدم که یکی از فیزیک‌دانان هم‌نسل من که از شهرتی بالا در میان فیزیک‌دانان ذرات بنیادی برخوردار بود، چشم از جهان فروبسته است. پروفسور «هارالد فریش» در آستانه 90سالگی در مونیخ بدرود حیات گفت. از «هارالد فریش» دو کتاب به فارسی ترجمه شده است که هر دو به همت آقای «فتاحی» و همکارانش (آقای «وحدت محب‌ملکی» و خانم «کریمه بهاری») است. دو کتاب دیگر او هم به همت همین جوانان در آستانه چاپ است و افسوس که «فریش» زنده نماند تا نسخه‌های فارسی کتابش را همچون دو کتاب قبلی در دست گیرد و در کتابخانه‌اش بگذارد. «هارالد فریش» فیزیک‌دان پرکاری بود و بیش از 20 کتاب به زبان‌های آلمانی و انگلیسی نوشته است. او همچنین در دانشگاه‌ها و مراکز علمی رده‌بالایی همچون سرن کار کرده است. شهرت علمی‌اش در فیزیک به خاطر کارهایش روی نظریه کوارک و کرومودینامیک کوانتومی است. او و استاد راهنمای نابغه‌اش، «گل‌مان»، در فیزیک ذرات کارهای ارزنده‌ای انجام دادند. زنده‌یاد «فریش» با دانشمندان طراز اولی کار کرده بود و زندگی ماجراجویانه‌ای داشته است. من از نوشتن زندگی‌نامه «فریش» عبور می‌کنم، چون می‌دانم برای یادبود او، دوست و شاگرد جوانش، آقای «فتاحی»، در همین صفحه علم چکیده‌ای از آن را خواهد گفت، اما برای خوانندگان عزیز، اندکی از نظریه میدان کوانتومی خواهم گفت که «فریش» در آن صاحب‌نظر بود و کتابش هم به فارسی موجود است.

نظریه  میدان  کوانتومی  از  چه  سخن  می‌گوید؟

نظریه میدان کوانتومی پیونددهنده مکانیک کلاسیک، نظریه میدان و فیزیک کوانتومی است. 300 سال قبل مکانیک نیوتنی توسط «آیزاک نیوتن» ارائه شد. سپس «جیمز کلارک مکسول» میدان‌های الکترومغناطیسی را معرفی کرد. معادلات مکسول توصیف‌کننده دینامیک این میدان‌هاست. مکانیک کوانتومی با کارهای «ماکس پلانک» آلمانی در ابتدای قرن گذشته شروع شد. کمی بعد هم «اینشتین» نور را کوانتیده کرد و پیشنهاد باریکه نور ساطع‌شده که از ذرات فوتون تشکیل شده است را ارائه داد. به سال 1929م. بود که «ورنر هایزنبرگ» و «ولفگانگ پائولی» میدان مغناطیسی را کوانتیده کردند. کوانتش میدان به وسیله فوتون‌ها که ذراتی بدون جرم بودند، توصیف شد. این موضوع به نظریه الکترودینامیک کوانتومی که توصیف‌گر برهمکنش الکترون‌ها و فوتون‌هاست، منجر شد. برای مثال دافعه دو الکترون باعث تبادل فوتون‌ها بین الکترون‌هاست. نظریه الکترودینامیک کوانتومی در کنار الکترون به وجود پادذره آن که پوزیترون نامیده می‌شود هم دلالت دارد و نخستین‌بار توسط «پل دیراک» در سال 1928م. معرفی و چهار سال بعد به سال 1932م. در پرتوهای کیهانی کشف شد. برای فیزیک‌دانان معلوم شده بود که نظریه میدان کوانتومی مشکلاتی دارد. الکترون می‌تواند فوتونی گسیل کرده و سپس جذب کند. این فرایند منجر به مشارکت جدیدی از جرم الکترون شد، اما محاسبات جرم بی‌نهایت را نشان می‌داد. درواقع به نظر می‌رسید جرم الکترون به شکل غیرقابل تصوری باید بزرگ باشد. این مشکل پابرجا بود تا اینکه توسط «ریچارد فاینمن» و «اروین شرودینگر» حل شد. اگر برهمکنش الکترومغناطیسی را خاموش کنیم، الکترون جرم عریان یا جرم لُخت خواهد داشت و اگر برهمکنش گنجانده شود، جرم بی‌نهایت خواهد شد. «فاینمن» و «شرودینگر» فرض کردند جرم بی‌نهایت هم عریان است، ولی با علامت منفی. مجموع جرم عریان به انضمام تصحیح‌ها برابر جرم مشاهده شده است که محدود و متناهی است. بنابراین با بازبهنجارش جرم بی‌نهایت ناپدید می‌شود. البته این موضوع مشخص می‌کند که جرم الکترون توسط الکترودینامیک کوانتومی قابل محاسبه نیست. نظریه الکترودینامیک کوانتومی دارای تقارنی ویژه است که تقارن پیمانه‌ای نامیده می‌شود. اگر فاز میدان الکترونی تغییر کند و این تغییر وابسته به فضا-زمان باشد، چیزی تغییر نخواهد کرد و البته با افزودن مشتق فاز به پتانسیل میدان، میدان فوتون تغییر خواهد کرد. به همین خاطر است که الکترودینامیک کوانتومی نظریه پیمانه‌ای نامیده می‌شود. فوتون‌ها متناظر بوزون‌های پیمانه‌ای هستند. برهمکنش‌های کوارک‌ها غالبا توسط نظریه پیمانه‌ای توصیف می‌شود که بسیار مشابه الکترودینامیک کوانتومی است: نظریه کرومودینامیک کوانتومی. این نظریه به سال 1972م. توسط «مارِی گل‌مان» و «هارالد فریش» معرفی شده است. دو فیزیک‌دانی که هر دو چشم از جهان فروبسته‌اند، اما نامشان جاودان است. همچنین ذرات سنگین‌ جدیدی نیز که شبیه الکترون هستند، کشف شده است. نام این ذرات میون و تائو است. جرم الکترون فقط نیم مگاالکترون ولت است، درحالی‌که جرم میون کمی بیشتر و معادل 106 مگاالکترون ولت است و جرم تائو با فاصله‌ای زیاد برابر 1.7 گیگاالکترون ولت است. میون و تائو هر دو ناپایدارند و هر دو به الکترون و ذره جدید خنثایی با نام نوترینو واپاشی می‌کنند. هر لپتون باردار به یک نوترینو هم‌بسته است؛ بنابراین شش لپتون و شش کوارک وجود دارد. بسیاری از فیزیک‌دانان بر این باورند که در انرژی‌های بسیار بالا، برهمکنش‌های جدید و ذرات جدید نقش مهمی را ایفا می‌کنند. بسیار شگفت‌انگیز است که نظریه پیمانه‌ای الکتروضعیف و کرومودینامیک کوانتومی در انرژی‌های بسیار بالا متحد می‌شوند. تقریبا 80 درصد از مادّه در عالم ما، مادّه درون ستارگان نیست. بلکه مادّه تاریک است که صرفا از طریق برهمکنش‌های گرانشی مشاهده می‌شود. بنابراین معلوم نیست که چه چیزی مادّه تاریک را فراهم می‌کند. ممکن است ماده تاریک به سبب وجود نوع جدید از ذرات پایدار خنثی باشد. این موضوع یکی از پژوهش‌های مهم در ال.ایچ.سی در سرن است. جایی که «هارالد فریش» سال‌های زیادی در آنجا کار کرده است. ذرات می‌توانند در جفت برخوردهای پروتون‌های بسیار پرانرژی تولید شوند؛ هرچند موفقیت کمی به درازا خواهد کشید. در سال‌های اخیر مشاهده شده است که انبساط کیهان بر اساس آنچه از برهمکنش گرانشی میان کهکشان‌ها انتظار داریم، نه‌تنها کندشونده نیست؛ بلکه به دلیل وجود انرژی تاریک شتاب مثبت هم دارد. اما مدت زمان مدیدی است که کسی نمی‌داند چرا انرژی تاریک وجود دارد. به نظر می‌رسد انرژی تاریک از فاکتور کیهان‌شناختی در معادلات میدان گرانشی که «اینشتین» در سال 1917م. ارائه کرده، سرچشمه گرفته باشد. در مدل استاندارد ذرات انتظار می‌رفت که نوترینوها همچون فوتون‌ها بدون جرم باشند، اما در سال‌های اخیر پژوهش‌های صورت‌گرفته در فیزیک نوترینوها که از لایه‌های بالایی جوّ و از خورشید می‌آیند، نشان می‌دهد که نوترینوها نوسان می‌کنند. برای مثال مشاهده شده که نوترینوی الکترون گسیلی از خورشید وقتی به زمین می‌رسد، بخشی از نوترینوی میون می‌شود که اثبات می‌کند نوترینوها نمی‌توانند بدون جرم باشند. البته جرم نوترینوها بسیار کم است. بدین‌گونه است که هنوز سؤالات بسیاری در فیزیک ذرات بنیادی برای پژوهش وجود دارد.

میراث  «هارالد  فریش»

آنچه در بالا خواندید گوشه‌هایی از پژوهش‌های پروفسور فقید جهان ذرات بنیادی، «هارالد فریش» بود. اطلاع دارم که او چندباری برای شرکت در کنفرانس‌های علمی به ایران آمد و با دوستان ایرانی‌اش بسیار رابطه خوبی داشت. «هارالد فریش» آدمی تک‌بعدی نبود؛ بلکه در کنار کارهای علمی درخشانی که به یادگار گذاشته به جنبه‌های دیگر زندگی اجتماعی هم پرداخته است. کتاب فرار از لایپزیگ به خوبی نشان می‌دهد در جوانی سر پرشوری داشته و نسبت به شهر و کشورش احساس مسئولیت داشته است. همچنین بسیار اهل نوشتن کتاب‌های علمی به زبان ساده بود. حالا این مرد بزرگ در آرامگاه ابدی خود خفته است و برای نسل بعد از خودش هم در آلمان و هم در ایران و هم در دیگر سرزمین‌ها میراثی به یادگار گذاشته است. من از جانب جامعه علمی ایران درگذشت او را به دانشگاه مونیخ و خانواده‌اش تسلیت می‌گویم و می‌گویم که او با میراثی که بر جای گذاشته نمرده است.