خاطرات روزانه

When Going Gets Tough, Tough Gets Going....

خاطرات روزانه

When Going Gets Tough, Tough Gets Going....

نقش تجربه و استمرار در توسعه فناوری

چند سال پیش در تیم طراحی یک تجهیز «اندازه گیری امیتانس ذرات کم انرژی» که برای یکی از مراکز شتابدهنده پروتون میساختیم، بدلیل نبودن فردی در قسمت الکترونیک این تجهیز، خودم کارهای مربوط به ساخت قسمت الکترونیک انرا به عهده گرفتم. بخاطر ان مجبور شدم که مدت زیادی صرف مطالعه و یاداوری نکات مربوط به طراحی الکترونیک و مدارهای مربوطه کنم. بعد از ان هم نیاز به یک مولد پالس سریع گوسی ولتاژ پایین چند صد پیکوثانیه ای داشتیم که مدتی برای ان هم مطالعه کردم و یک مولد بر اساس دیود «آوالانژ » و دیگری بر اساس دیود «استپ ریکاوری» ساختیم. در این بین با مقالات «جیم ویلیامز» آشنا شدم که بسیار عالی بودند. بعد متوجه شدم که او یکی از مشهورترین افراد در زمینه الکترونیک انالوگ است که در شرکت «انالوگ دیوایس» سالها مشغول بوده است. زندگیش را که خواندم دیدم که اصلا سابقه دانشگاهی الکترونیک نداشته و در رشته ای دیگر درس خوانده بود، ولی با عشق و علاقه وارد زمینه الکترونیک شده بود و توانسته بود با طراحی های عملی و پژوهشهای شخصی از تاثیرگذارترین متخصصین این رشته و در واقع رفرنس علمی این زمینه شود. در میان تاثیرگذاران دیگر زمینه های علمی هم افرادی شبیه جیم ویلیامز زیاد دیده میشود که بدون مدارک بالای دانشگاهی در رشته ای توانسته اند با عشق و استعداد و تلاش مستمر، تاثیرات مثبت علمی بی نظیری در علم و تکنولوژی داشته باشند. تب مدرک گرایی و مقاله گرایی، مسئله ایست که در کشورهای کمتر توسعه یافته، شدیدا باعث افت فناوری کشورهایشان و مهاجرت متخصصین و فناوران و تبعات اقتصادی آن شده است.

در تجربه دو دهه گذشته ام در مراکز شتابگر ذرات، بارها در پنل هایی برای انتخاب افراد متخصص حضور داشته ام. واقعیت اینست که کارهای عملی مرتبط که انجام داده بودند بیشتر از مدرک تحصیلیشان توجهم را جلب میکرد. بارها و بارها دیده ام که همانگونه یک مهندس بهتر از یک تکنسین میتواند کارهای مهندسی را انجام دهد، یک تکنسین هم کارهای تکنسینی را به مراتب بهتر از یک دکترا انجام میدهد. در عوض در یک کار پژوهشی یک دکترا بهتر از یک تکنسین میتواند پژوهش را انجام دهد. در پروژه های فناوری و عملگرایانه موفقیت آمیز، مدرک درست مثل شماره کفش است. بالا بودن یا پایین بودن ان خیلی مهم نیست. مهم اندازه بودن آنست.

...........

حکایت مولانا از  گاوی در یک جزیره سرسبز که روزها از فراوانی نعمت چاق میشود و شبها از اضطراب فردا لاغر میشود..

یک جزیره سبز هست اندر جهان            اندرو گاویست تنها خوش دهان

جمله صحرا را چرد او تا به شب             تا شود زفت و عظیم و منتجب

شب ز اندیشه که فردا چه خورم             گردد او چون تار مو لاغر ز غم

 چون براید صبح گردد سبز دشت         تا میان رسته قصیل سبز و کشت

باز زفت و فربه و لمتر شود                    ان تنش از پیه و قوت پر شود...


باز چون شب میشود ان گاو زفت           میشود لاغر که آوه رزق رفت...

سالها خوردی و کم نامد ز خور            ترک مستقبل کن و ماضی نگر

«مولانا»

ظهور نسل چهارم شتابدهنده های سینکروترون 4th generation light sources


از دهه ۵۰ میلادی که اولین شتابگر حلقوی ساخته شد، نسلهای مختلف بعدی به خاطر نیاز صنایع و موسسات و آزمایشگاههای تحقیقاتی به نور سینکروترون بوجود آمد. شتابدهنده حلقوی آنزمان بسیار کوچک و محیطی حدود چند متر داشت! و تنها برای تحقیقات ساده فیزیک ساخته شد. در آنزمان نور سینکروترون همانند اشعه ایکس در اوایل پیدایشش، جنبه پارازیت و ناخواسته داشت. بعدها که ابعاد استفاده از ان روشن شد، نسل اول شتابگر سینکروترون ساخته شد. اما نور سینکروترون از همان اول ثابت کرد که اصطلاحا نور «پر برکتی» برای صنعت، فناوری و حتی اقتصاد و زندگی مردم است. یک دهه بعد شتابگر سینکرونروم نسل دوم با بکارگیری    insertion device  مانند «ویگلر» و «اندولاتور» ساخته شد که نور با کیفیت تری را در اختیار کاربرانش قرار میداد. و سرانجام از دهه ۹۰ میلادی تقریبا تمام سینکروترون های ساخته شده به نسل سوم 3rd generation light source  و حلقه هایی بین ۳۰۰ تا ۶۰۰ متر  ارتقاع داده شدند. نوری با تابندگی و درخشش هزاران برابر اشعه ایکس و کیفیت فرکانسی میلیونها برابر بالاتر از خورشید. صنایع و تحقیقات لبه علم شیفته این نور شدند. تقریبا هیچ کشور توسعه یافته ای وجود ندارد که حوالی سال ۲۰۰۰ میلادی طراحی سینکروترون ملی نسل سوم خود را آغاز نکرده باشد. و در همه انها هم تا حوالی سال ۲۰۱۰ توانسته اند کار طراحی، ساخت و تولید نور سینکروترون را به پایان برسانند. در کنار کشورهای توسعه یافته، کشورهای در حال توسعه آنزمان نظیر چین، هند و برزیل هم در همان سالها اینکار را انجام دادند. انها بعد از بیست سال در حال آغاز به چیدن میوه تصمیمات درستشان در علم و فناوری هستند. 

مولانا گفته بود: «چون که صد آمد، نود هم پیش ماست» این بدرستی بیانگر سرمایه گذاری در فناوریهای پیشرفته نظیر ساخت شتابدهنده های ذرات و فناوریهای فضایی و انرژی و غیره است.

اما در چند سال اخیر نسل چهارم سینکروترونها هم در حال ظهور هستند. انها امیتانس  emittance بسیار پایین و درخشندگی و تابندگی دهها برابر نسل قبلی خود دارند. البته نیازهای انها از پایداری زمین و پایداری تاسیسات برق و منابع تغذیه الکترومغناطیسها گرفته تا خطای بسیار پایین مکانیکی ساخت تجهیزات و فیزیک ذرات ، ساخت انها را با چالشهایی روبرو میکند که البته در حال حل شدنند.

یکی از کارهایی که عموما موقع ساخت نسل جدیدتر شتابدهنده توسط کشورها انجام میشود، معمولا  dismantle کردن ماشین شتابدهنده نسل قبلی و اهدای ان به مراکز ملی دیگر یا حتی کشورهای دیگر برای استفاده دوباره است.  دلیل انست که اصولا بعد از ارتقا به نسل بعدی، غالب تجهیزات و زیرسیستمهای شتابدهنده باید از اول طراحی و ساخته شوند.  سالها پیش  شتابدهنده سینکروترونی را طراحی کردیم که قسمت اعظم اینجکتور و حلقه بوستر ان اهدایی کشور آلمان تحت برنامه علمی سازمان ملل یونسکو بود.

ساخت یک شتابدهنده نسل سوم هنوز هم به شرط اراده جدی و بودجه مناسب و هدفمند برای ان، اگر حتی بتواند تا سال ۲۰۳۰ نور با کیفیت سینکروترون را به مرحله تولید برساند، کار بزرگ و پرافتخار برای هر کشوری است.

..........

ماه گذشته سفری به ایران داشتم که بسیار خوب بود، البته بدلیل گرمی هوا نتوانستم به مسجدسلیمان بروم که حیف شد. از زمان کوید، به ایران نرفته بودم، ولی تغییرات ملموسی را دیدم. در زمینه کاربرد دیجیتال و راحتی کارها، از کارهای اداری و دولتی تا اپلیکیشنهای موبایلی برای خرید، تاکسی و غیره تغییرات خیلی مثبت و مبتکرانه دیدم. در زمینه قیمتها ولی شبیه کسی بودم که از «غار کهف» خارج شده باشد!

الکترونیک آنالوگ، شاخه ای جذاب در علم و صنعت

من در زمان تحصیلاتم در سالها پیش  در دانشگاه تهران علاقه ای به مباحث الکترونیک نداشتم. بهمین دلیل بود که در دانشگاه در سال سوم به بعد گرایش برق قدرت و مباحث الکترومغناطیسی را انتخاب کرده بودم. واقعیت اینبود که بعد از پاس کردن مدارهای الکترونیک ۱ و ۲ ، نحوه تدریس اساتیدمان آنقدر فرمولی و غیر عملی بود که هیچ هیجانی برای یاد گرفتن حتی نحوه کار ترانزیستورها نداشتم! اپ امپ ها یکی از کمپننتهای الکترونیکی هستند که صدها نوع با ویژگیهای مختلف دارند و تقریبا در تمام مدارات الکترونیکی استفاده میشوند. آنها شبیه آچار فرانسه در مدارات الکترونیک هستند. یادم میامد در دانشگاه تهران حدود بیست و چند سال پیش در مبحث ترانزیستور و یا اپ امپها، استادمان فرمولهای بی حاصلی را روی تخته کلاس مینوشت که بعید میدانم جذابیت و حتی منفعتی برای دانشجویان داشت. او حتی یکبار اشاره ای به کاربرد عملی آن نمیکرد و یا اینکه مثلا با ان چه کارهایی میشود کرد.در انزمان نتوانستم ارتباطی دوستانه  با گرایش الکترونیک برقرار کنم. همین باعث شد که موقع انتخاب واحدها در سال سوم، گرایش قدرت را انتخاب کنم.  البته صادقانه بگویم دلیل دیگری هم داشت! در آنزمان گرایش برق قدرت بازار کار و پول بهتری برای فارغ التحصیلانش داشت، پس آنرا انتخاب کردم. ولی سالها گذشت و سالها بعد از کار در مراکز شتابدهنده ذرات  و آشنایی اجباری با مباحث الکترونیک شیفته آن شدم. تقریبا از اغاز به کارم از بیست سال پیش در مراکز شتابدهنده ذرات همیشه در کنار کارهای حرفه ای با گرایش الکترومغناطیسی و دیاگنوستیکس، بصورت عمومی مباحث الکترونیک آنالوگ را هم مطالعه و تحلیل میکردم ولی نه در حد طراحی و ساخت مدارات الکترونیک بصورت حرفه ای. تا اینکه چند سال پیش در تیم طراحی یکی از اجزای شتابدهنده که برای کشور بلژیک انجام میدادیم، مجبور شدم که کارهای مطالعه و طراحی الکترونیک مدارات آنالوگ را خودم انجام دهم. قرار بود مداری ساخته شود که بتواند جریانهای پالسی تا حد ۱۰۰ نانو امپر را به ولتاژ تبدیل کرده، آمپلی فای و اندازه گیری کند. از طراحی ان در ltspice  تا طراحی مدار چاپی ان در kicad و بعد ساخت و تست ان، از جمله یاداور این موضوع بود که بعضی مباحث علمی هر چه بیشتر انرا بشناسی بیشتر شیفته آن میشوی. الکترونیک آنالوگ یکی از آنهاست. دنیایی از جذابیت و کاربرد و خلاقیت، هر چند که به اندازه امواج الکترومغناطیسی مرموز و جادویی نیست. 

بعد از ان تجربه، به این نتیجه رسیدم که کار و پژوهش در فیلدهایی که حتی علاقمند نباشی، ممکن است درهایی را  به پژوهشگر باز کند که دارای جذابیت های عالی باشند.

شاید یک پیشنهاد به معلمان بخصوص رشته های فنی، این باشد که قبل از ارایه یک موضوع برای دانشجویان سال پایین، انرا بصورت عملی و تجربی درک کنند. و مهمتر اینکه در کنار فرمولهای ریاضی، مثالهایی از کاربرد موضوع در صنعت یا پژوهش گفته شود. اگر آزمایشگاه های تجربی در دانشگاه وجود ندارد، حداقل میتوان  انرا در کامپیوتر شبیه سازی کرد و انرا قبل از تدریس درک کرد. بعنوان مثال در مورد ترانزیستور اگر استاد با گفتن یک جمله که مثلا «ترانزیستور در اغلب جاها مثل یک کلید جریان برق عمل میکند» میتواند راهی در ذهن دانشجویانش برای ارتباط با این موضوع ایجاد کند. چه اشکالی دارد که استاد در کلاس درس چند ترانزیستور یا اپ امپ  از جیبش در اورد و نشان دانشجویان بدهد. این ممکن است سبب فهم تئوری بیشتر دانشجویان نشود، ولی باعث درک و انگیزه بیشتر دانشجویانش میشود. امروز با وجود گوگل و چت جی.پی.تی و هوش مصنوعی، استادانی که کاربردهای عملی و بومی و یا صنعتی و تجربی موضوعات را درک نکرده و به دانشجویان انتقال نمیدهند، ممکن است جایشان را به گوگل و یوتیوب و جی.پی.تی بدهند، چون انها هم هوشمند ترند و هم تقریبا رایگان.

Antimatter, dark matter and dark energy

مدتی پیش سفری به مرکز «سرن» در سوییس داشتم. هدف جلساتی حضوری دو روزه برای همفکری با دو گروه در آنجا بود در زمینه طراحی و ساخت چند وسیله بیم یابی پروتون  و همچنین یک کیکر پالسی سریع در شتابدهنده بود. البته علاوه بر همفکری در طراحی خود دستگاهها، قسمتهای الکترونیک آنالوگ برای این تجهیزات را هم بحث کردیم. در کنار این جلسات از چند قسمت شتابدهنده سینکروترون پروتون و از جمله مرکز تولید «ضدماده» antimatter که تنها مرکز تولید و ذخیره «ضدهیدروژن» در جهان است دیدن کردیم. وجود ضدماده در زمانهای قدیم بیشتر در داستانهای تخیلی مطرح میشد ولی به یمن اثبات ریاضی احتمال وجود آن در قرن پیش ، و سپس دیدن آن توسط فیزیکدانان در چنین دهه پیش، سرانجام مرکز «سرن» موفق به تولید «ضد پروتون و ضد الکترون» و سرانجام «ضد هیدروژن» در این مرکز شده است. 
برای تولید ضد پروتون، با استفاده از سینکروترون پروتون چند ده کیلومتری در تونل زیرزمینی سرن، انرژی پروتون ها را به مقدار بسیار بالا میرسانند و انها را به میله های ایریدیوم میکوبیدند. عمل کوباندن collider در سرن، آدم را یاد هوشمندی کلاغهایی مینداخت که برای خرد کردن گردو آن را انقدر از ارتفاع به زمین میکوبند تا پوسته ان بشکافد.
در این پروسه کوباندن پروتونها در سرن،  ذرات پرانرژی فراوانی تولید میشد که «ضدپروتون» هم جزوی از آنها بود. سپس با کمک میدانهای آهنربای مغناطیسی، ضدپروتون ها را جدا میکردند. بعد با کمک شتابدهنده ای دیگر و امواج الکتریکی رادیوفرکانسی ناهمفاز ، شتاب و انرژی ضدپروتونها را کم میکردند و در آخرین مرحله با کمک یک فویل انرژی آنها را به حدی پایین میرساندند که قابل ذخیره کردن باشند. البته از انجا که ضدماده در صورت لمس ماده، هم خود و هم ماده را محو میکند، محفظه هایی الکترومغناطیسی استفاده میشد که با کمک میدانهای الکتریکی و مغناطیسی انها را در فضا بدون اتصال به هرگونه ماده فیزیکی ذخیره میکردند. قیمت یک گرم«ضدپروتون» تقریبا معادل قیمت ده تن طلا است!!  
ضدالکترون یا پوزیترون از جمله ضدماده ایست که بصورت طبیعی از بعضی ایزوتوپها منتشر میشود و در دهه اخیر کاربردهای زیادی در صنایع داروسازی و پزشکی مثل پت اسکن PET Scan پیدا کرده است. با تزریق این ایزوتوپ به بدن، پوزیترونها در بدن آزاد میشوند و بعد از برخورد به الکترونهای داخل بدن، پرتوهای گاما را منتشر میکنند که اساس تشخیص وضعیت بافت بیمار است...
البته «ضدماده» گاها در میان عامه، با ماده تاریک و انرژی تاریک اشتباه گرفته میشود. حال آنکه اصلا تشابهی بین انها وجود ندارد. ضدماده تقریبا بصورت علمی شناخته شده و قوانین فیزیک درباره آن صادق است و در مرکز شتابدهنده انرژی بالای اروپایی «سرن» و به شکل ابتداییتری در آزمایشگاه  «فرمی» تولید شده است. اما انرژی تاریک که بیش از ۶۸ درصد عالم را تشکیل میدهد مربوط به کیهانشناسان است و کاملا ناشناخته است و قوانین فیزیک و دانش کنونی ممکن است در مورد آن صادق نباشد. ماده تاریک هم که حدود ۲۶ درصد عالم را تشکیل میدهد، اصلا قابل دیدن توسط هرگونه تلسکوپ یا ردیابهای نوری و دتکتورهای الکترومغناطیسی نیست. اسم ماده تاریک بدلیل رنگ آن و یا جای خالی آن در آسمان نیست، بلکه به این دلیل است که به امواج الکترومغناطیسی و یا هر وسیله ساخت بشر، واکنش نشان نمیدهد و در نتیجه میشود گفت که اصلا وجود ندارد. ولی بدون وجود آن محاسبات علمی کیهانی موجود غلط از آب درمیاید. پس ماده تاریک و انرژی تاریک هر دو وجود دارند. ولی علم و نظریه های علمی موجود در مورد آنها جواب قاطع نمیدهد.
بطورخلاصه با دانش فعلی، حدود ۶ درصد انرژی-جرم جهان اعم از ماده یا انرژی قابل تشخیص است و رفتارش در حالت ایده آل قابل پیش بینی تحت قوانین علمی نظیر چهار نیروی بنیادی فیزیک است.این همان جهانیست که انسان و تجهیزاتش از تلسکوپهای کیهان شناسی برای رصد اجرام بینهایت بزرگ گرفته تا شتابدهنده های ذرات برای رصد ذرات بینهایت کوچک تاکنون شناخته است.  بنظر میرسد ۹۴ درصد جهان فعلا معلوم نیست که چیست و یا از چه قوانینی طبعیت میکند!! 
بعد از سفر کوتاه و کمپکت دور روزه مان ، و گشت کوتاهی در ژنو برگشتیم. یادم میاید اولین بار پانزده شانزده سال پیش که به سرن در نزدیکی ژنو رفتم بدلیل عضو نبودن سوییس در اروپای شنگن، باید از طریق مرز فرانسوی مرکز سرن  وارد میشدی. حالا ولی بدلیل عضویت سوییس در اروپای شنگن، همه درها بروی افراد مدعو باز است.

فوت کوزه گری در علم و فناوری

وقتی به تاریخ علم مدرن و بخصوص علم فیزیک نگاه میکنم، شلوار جین ی برایم مجسم میشود که هر چند دهه قسمتی از آن پاره میشود و دانشمندان مجبور میشوند آن را «وصله پینه» کنند. دانشمندان نمیتوانند شلوار را عوض کنند، فقط مجبورند روی قسمت پاره شده اش یک وصله یا با اصطلاح لاتین extension بدوزند. من اصطلاحا یک دانش اموخته مهندسی بوده ام ولی بواسطه کارهایی که طی دو دهه در پروژه های فیزیکی انجام داده ام، و مطالعات تفریحی در این زمینه، درک شخصی نسبتا مناسبی در این زمینه پیدا کرده ام. شاید تا چندین قرن پیش تنها فیزیک کلاسیک در حد قانون گرانش خیلی ابتدایی، جوابگوی پدیده های اطراف و صنایعمان بود. بعنوان مثال چرا سیارات دور خورشیدشان میچرخند یا قانون جاذبه روی زمین چکار میکند. بعدها که امواج و نیروهای الکترومغناطیسی پدیدار شدند، دیگر اعتبار قانون گرانش محدود به اجسام بزرگ شد و نیروهای الکترومغناطیسی بعنوان نیروهای اصلی توجیه حیات بشری و طبیعت و صنعت شناخته شدند. زمانیکه اتمها بصورت دقیقتر شناخته شدند، نیروهای الکترومغناطیسی هم اعتبار خود را در محدوده اتم و زیر اتم از دست دادند ، چرا که بر مبنای این نیروها امکان قرار گرفتن چندین پروتون در کنار هم در هسته اتم غیرممکن است. انها چنان نیروی دافعه عظیمی نسبت بهم دارند که میتوانند همدگیر را به درو دیوار بکوبند. در اینجا علاوه بر نیروی بنیادی اول یعنی گرانش، نیروی بنیادی دوم یعنی الکترومغناطیسی هم اعتبار خود را از دست داد. دومین وصله پینه فیزیک بنام «نیروی قوی» برای توجیه وجود پروتونها در کنار هم ایجاد شد. تا سالها فیزیکدانان نفس راحتی کشیدند تا اینکه مواد پرتوزا و انتشار پرتوها در ابعاد زیراتمی شناخته شدند . اینجا هم سه نیروی بنیادی قبلی فیزیک اعتبار خود را از دست دادند و وصله پینه سوم یعنی «نیروی ضعیف» ایجاد شد تا بتواند این پدیده را تفسیر کند. تا امروز همین چهار «نیروی بنیادی طبیعت » تقریبا تمام پدیدهای عالم و فناوریهای موجود را تفسیر میکنند. اما شما باور نکنید. از چند دهه پیش به موازات فیزیک کلاسیک، فیزیک کوانتوم هم بصورت کاربردی وارد زندگی مردم شده است و هر چند که فیزیک کلاسیک را کاملا نفی نمیکند ولی بعنوان جایگزین معتبرتری برای توجیه پدیده های ریز استفاده میشود.

بعنوان مثال طبق یکی از نظریات کوانتمی و البته آزمایش معروف دو شکاف در مورد فوتون، ذرات زیراتمی و در کل وضعیت اشیا حالتی شبیه ابر و یا موج دارند، آنها دارای تابعی موجی هستند که تا موقعی که به آنها نگاه نشود خواه توسط انسان یا ماشین و دستگاه ، بصورت ذره در نمی آیند. تماشا کردن یا اصطلاحا observation این ذرات، تابع موجی آنها را فرو میریزد و آنها را بصورت ذرات با وضعیت مشخص در حافظه جهان و مشاهده کننده تثبیت میکند.  مثال مقایسه ای: صفت جالبی در زبان فارسی است که  به کسی که کاری را بصورت عالی متفاوت با دیگران انجام میدهد میگویند «فووت کوزه گری دارد». برای چنین شخصی به یمن شناخت درست حرفه اش، تابع موجی احتمالات کوانتمی حرفه اش فرو ریخته و تبدیل به یک وضعیت مشخص و معین و تثبیت شده است. یعنی احتمالات خطا ازبین رفته و نتیجه کارش همیشه عالی است.

اگر درست حدس زده باشم شاید بپرسید حالا چه اهمیتی دارد فیزیک کوانتم درست باشد یا کلاسیک. اصلا اتفاقات زیراتمی چه فرقی به حال من و مردم کوچه و بازار میکند؟؟

جواب من آنست که اول باید بگویم که غالب دانشمندانی که عمیقا در علم کنکاش کرده اند (رجوع به زندگینامه فیزیکدانهای بزرگ) به این نتیجه میرسند که در پایان در لایه ای عمیقتر از مردم کوچه و بازار  دچار عدم توانایی فهم جهان هستی و گیجی شده اند. دومین پاسخ اینست که به احتمال زیاد اگر  توسعه دهنده و طراح صنایع مدرن نیستید و یا فناوری در حد کار با ذرات زیراتمی ندارید، و تنها استفاده کننده از تکنولوژی هستید ، واقعا فرقی نمیکند کدامشان درست باشد.اما اگر بعنوان مثال تولید کننده دستگاه MRI برای درمان بیماران سرطانی هستید یا توسعه دهنده مغناطیسهای سوپرهادی، دیودهای نوری، کامپیوترهای کوانتومی، لیزرها، ترانزیستورها و پروسسورها و چیپهای نیمه هادی هستید، درک و سپس توسعه این صنایع نیاز به قبول و اعتماد به نظریه کوانتوم در کنار فیزیک کلاسیک دارد. 

البته ممکن است در آینده ، دانشمندان در «مرکز اروپایی سرن »در سوییس متوجه شوند که این نظریه هم قابل اعتماد نیست. ولی در هر صورت فعلا در زمینه های گفته شده درست جواب میدهد، و مهمتر اینکه نظریه جایگزین مناسبتری پیدا نشده است. آیا روزی بجای وصله پینه کردن، شلوار علم فیزیک عوض میشود؟ 

آن قصر که جمشید در آن جام گرفت

آهو بچه کرد و روباه آرام گرفت

بهرام که گور میگرفتی همه عمر

دیدی که چگونه گور بهرام گرفت

«عمر خیام»


سیمرغ آزمایشگاه‌های علمی و پژوهشی

چند سال پیش در کنفرانسی شرکت کرده بودم در زمینه شتابدهنده های ذرات.  موقع شام بحثی شد راجع به «کیکرهای مربوط به تیونینگ بتا» در سینکروترون. من در ان موقع کیکری را برای رینگ سینکروترون طراحی کرده بودم و مطالعات خوبی در این زمینه داشتم. درضمن طراحی کیکرها در سینکروترون بسیار شبیه بی.پی. ام هاییست که تجربه خوبی داشتم. کیکرهای تیونینگ یا  kickers tune shakers  تجهیزاتی هستند که در حلقه انبارنده خلا  قرار میگیرند و کارشان  تولید میدان الکترومغناطیسی در فرکانسهای مختلفی است که بصورت مصنوعی باعث تحریک و لرزش خفیف باریکه شود. از آنجا که باریکه الکترونها درحلقه خلا در یک فرکانس بسیار خاص دچار لرزش شدید میشوند، با کمک یک پیکاپ در نقطه ای دیگر از حلقه خلا میتوان لرزشهای باریکه را مشاهده کرد که ناگهان در یک فرکانس خاص بسیار بیش از حد نرمال میلرزد. از آنجا میتوان فرکانس بسیار خاص باریکه را پیدا کرد که مولفه مهمی از کار شتابدهنده های حلقوی است.  همکاری از آزمایشگاه سینکرروترون مهمی  امده بود که میگفت نمیداند چرا کیکرشان توان مایکرویو زیادی مصرف میکند و در قبال دریافت توان آر.اف، فقط مقدار کمی باریکه الکترون را  اصطلاحا میلرزاند. آنها این کیکر را دو سال پیش  از آن ساخته بودند و بعد از نصب آن در حلقه خلا سینکروترون  متوجه شدند که باریکه را به اندازه کافی نمیلرزاند. روز بعد کمی با او گفتگو کردم و فرکانس آر.اف و مشخصات کیکر و بی.پی.ام  را بازبینی کردیم.  ولی سرانجام متوجه شدم که طول استریپ بی.پی.ام کیکرشان را به جای یک چهارم طول موج مایکرویو یعنی حدود 21 سانتیمتر، یک دوم یعنی 42 سانتیمتر طراحی کرده بودند.  این درست شبیه سطل آبی است که کف آن سوراخ است و تو انتظار داشته باشی انرا با آب پر کنی.  یک دوم طول موج از دید امواج الکترومغناطیسی ، یعنی سطل سوراخ و اتلاف تقریبا همه انرژی آر.اف. او بعد از این گفتگو متوجه این اشتباه فاحش شده بود ولی  دو سال بعد از نصب در شتابدهنده ، آغاز به طراحی و ساخت  کیکر یا بی.پی.ام جدید تقریبا کار غیرممکنی بود.  این در طراحی  بی.پی.ام و یا کیکرها  آنقدر بدیهی است که نیاز به شبیه سازی کامپیوتری و غیره ندارد. بعضی اوقات دقت بیش از حد در جزییات کم ارزش تر ، طراح را از دیدن بدیهی ترین پارامترهای ساخت یک تجهیز باز میدارد. 

.......................................................

خیلی سال پیش فیلم سینمایی دیدم که اسمش خاطرم نیست. در قسمتی از ان ابیاتی از سیمرغ عطار نیشابوری خوانده شد. بعدها داستان سیمرغ عطار را خواندم. مراکز و لابراتوارهای تحقیقاتی  و بومی سازی تکنولوژی  دقیقا نمایی از داستان سیمرغ عطار است. در واقع مسیر و چالشهای ساخت مراکز تحقیقاتی بزرگ و تکنولوژیهای پیشرفته از جمله آزمایشگاههای شتابدهنده  ذرات است که آنها را به راههای مهم کمک به اقتصاد و توسعه زیرساخت کشورها تبدیل میکند نه فقط داشتن آنها بصورت turn-key یا درخواست از یک کشور دیگر برای ساخت آن.  در میان کشورهای صاحب آزمایشگاههای شتابدهنده ذرات که من میشناسم، بیشتر کشورها در غالب کنسرسیومهای ملی داخلی  یا بین المللی طراحی و ساخت شتابدهنده های ذرات را عملی کرده اند و منافع بیشمار فنی حاصل از سرریز تکنولوژی بدست آمده را در صنایع حیاتی دیگر استفاده  کرده اند. البته در میان کشورهای توسعه یافته معدود کشورهایی هم بوده اند که بدلیل نداشتن دانش فنی لازم و از طرفی نیاز و عجله برای داشتن آن ؛ در واقع یک لابراتوار شتابدهنده را بصورت تقریبا  turn-key  با کمک کشور دیگر در کشورشان نصب کرده اند. دو کشور استرالیا و کانادا از معدود کشورهای دارای آزمایشکاه ملی شتابدهنده ذرات سینکروترون هستند که تقریبا چنین کاری کرده اند.  البته نتیجه آن را نیز براحتی در این کشورها میتوان دید که بعد از دو دهه  نتوانسته اند نظیر سایر کشورهای توسعه یافته،  تاثیر قابل توجهی در پیشرفت صنعت شتابدهنده ذرات داشته باشند.  هر چند که از مزایای داشتن چنین صنعتی بهره برده اند.

در داستان سیمرغ عطار گروهی از پرندگان تصمیم به یافتن پادشاهی برای مرغان میکنند. آنها مجمعی برگزار کرده  و در این میان پیر دانا «هدهد»  ،  نام پادشاهی را به  آنها میگوید که نامش «سیمرغ» است  و در کوه «قاف» ساکن است. 

مجمعی کردند مرغان جهان      آنچه بودند آشکارا و نهان

پس همه با جایگاهی امدند       سر به سر جویای شاهی آمدند

هدهد آشفته دل پر انتظار     در میان جمع آمد بی قرار

تیزفهمی بود در  راه آمده        از بد و از نیک آگاه آمده

انبوه مرغان پرواز به سمت کوه دور دست قاف برای یافتن پادشاه  را آغاز میکنند ولی  گروه گروه در میانه راه پاپس میکشند و پس از عبور از «هفت شهر»، از انبوهی از مرغان تنها سی مرغ در مسیر میمانند.   عطار در پایان این داستان نتیجه میگیرد که تلاش و پرواز در  مسیر حرکت برای یافتن پادشاه بود که این سی مرغ را به پادشاه تبدیل کرد. و «هدهد دانا» از همان اول میدانست که پرنده سیمرغ تنها در خیال است و مرغان بعد از این مسیر سخت پادشاهان واقعی زندگیشان میشوند.


رادیکال ۲ و محاسبه دستی یا شبیه سازی کامپیوتری

چندین و چند سال پیش زمانیکه در مرکز شتابدهنده ای وابسته به «یونسکو« کار میکردم، سفری به مرکز سینکروترون سولیل در نزدیکی پاریس داشتم. سفری حدود دو هفته برای همفکری با مهندسان گروه دیاگنوستیک شتابدهنده سولیل در فرانسه. در آنزمان «ژان کلود» رهبر گروه دیاگنوستیک شتابدهنده سولیل بود. ژان کلود مهندس برق بسیار باسابقه و البته مسنی بود که معاونش «لودویک« هم با کمی اختلاف مسن بود و بعدها بازنشسته شدند.  روزی بهمراه انها و سه نفر دیگر از گروهشان برای قهوه بعد از ناهار دور میزی نشسته بودیم و راجع به تجهیزات دیاگنوستیک سولیل صحبت میکردیم. ژان کلود قبلا در آزمایشگاه «فرمی»  در ایالات متحده کار کرده بود. یادم میاید او و لودویک دو فرمول ریاضی متفاوت برای محاسبه دامنه ولتاژ روی پیکاپ بی.پی.ام ها داشتند. بی.پی.ام ها  پیکاپهایی دارند که با استفاده از میدانهای الکترومغناطیسی ذرات درون شتابدهنده مکان انها را پیدا میکنند. ژان کلود بر مبنای تحلیل فرکانس یا امپدانس انتقالی محاسبه میکرد و لودویک بر مبنای تحلیل زمانی یا جریان مجازی در بی.پی.ام ها محاسبه میکرد. مشکل اینجا بود که در آخر جوابهایشان در یک رادیکال 2 با هم تفاوت داشت !!! از آنجا که سیگنالهای بی.پی.ام ها در سولیل از کابلهای طولانی و امپلی فایرهای آر.اف و فیلترها عبور میکردند و بعدا وارد قسمت الکترونیک میشدند، هیچ وقت امکان انرا نداشتند که واقعا سیگنالهای خروجی بی.پی.ام ها را در حضور باریکه الکترونها مستقیما اندازه گیری کنند و فرمول یکی از انها بصورت تجربی تست شود! و از طرفی هم اثبات درست بودن یکی از فرمولها کمک جدی به سیستم بی.پی.ام نمیکرد. چون اصولا بی.پی.ام ها بر اساس  دامنه نسبی پیکاپهایشان مکان باریکه را پیدا میکنند نه بر اساس دامنه مطلق. اینگونه بود که انها همیشه و از جمله در آنروز روی میز قهوه گفتند که هر کدام به درست بودن فرمولش اصرار دارد و فرمول دیگری را قبول ندارند و البته میدانند که در یک رادیکال 2 با همدیگر اختلاف دارند!!! من ولی به دلیل سن پایین ترم باورم در طراحی بی.پی.ام ها بر مبنای شبیه سازی محاسباتی کامپیوتری بود و چندان به دقت بالای فرمولهای ساده در طراحیهایم  اعتقاد نداشتم و ندارم . در واقع به فرمولها تنها در طراحی اولیه یا conceptual design اعتماد دارم ولی در طراحی نهایی و جزیی در بسیاری موارد استفاده از نرم افزارهای محاسباتی را  بدون جایگزین میدانم. امروزه  استفاده از شبیه سازها و نرم افزارهای کامپیوتری در محاسبه رفتار ذرات و تجهیزات الکترومغناطیسی در شتابدهنده ها کاملا همه گیر شده است.   ژان کلود و لودویک آدمهای متخصص جالبی بودند که کارهای خوبی در زمینه دیاگنوستیک انجام داده بودند. لودویک از شیفتگان سینمای ایرانی بود و میگفت که امکان ندارد او و همسرش فیلمی ایرانی که ترجمه یا زیرنویس فرانسوی داشته باشد را از دست بدهند.

در آنزمان آزمایشگاه سینکروترون سولیل از جمله با کیفیت ترین باریکه نور را در زمینه پایداری باریکه الکترون تولید میکرد  و طول عمر چرخش الکترون در حلقه انبارنده بالایی داشت. 

به نظرم در سیستمهای مهندسی و فیزیکی ، ایده و تجسم ذهنی طراح و محاسبات  عددی در پایان، بالاتر از هر سیستم کامپیوتری و نرم افزاری عمل میکند. مثال آن  شتابدهنده ها و یا سیستمهای فیزیکی یا مهندسی  ظاهرا پیچیده دیگر است که بیش از شصت سال پیش توسط مهندسان و با محاسبات با قلم و روی کاغذ انجام شده است و موفقیت آمیز و پرافتخار بوده است.  هر چند که استفاده از  سیستمهای شبیه ساز و نرم افزارهای کامپیوتری به کیفیت کار می افزاید ولی تضمینی برای موفقیت آن نیست. درست شبیه یک کار هنری. هیچ کامپیوتری حتی با کمک هوش مصنوعی، نمیتواند یک اثر هنری ماندگار خلق کند، مگر اینکه هنرمندی پشت کامپیوتر نشسته باشد. 

مرز علوم در تحلیل امواج الکترومغناطیسی

اگر بخواهم نگاهی به فیلدهای کاری تحقیقاتیم در شتابگرهای ذرات از دو دهه پیش تا کنون بیندازم، شاید مبحث «امواج الکترومغناطیسی»  و کاربردشان در شتابگرهای ذرات، جذابترین مبحث باشد.  امواج از فرکانسهای بسیار پایین تا فرکانسهای بسیار بالا چنان در صنعت، تکنولوژی، پزشکی  و زندگی روزمره  مان کاربرد دارند که شاید کمترین وسیله ای در اطرافمان باشد که از منافع این علم و تکنولوژی بی بهره باشد.اولین اشنایی عملی من با بحث الکترومغناطیس زمانی بود که کاراموزیم را در «نیروگاه سد عباسپور» در شمال «مسجدسلیمان»  گذراندم. ژنراتورهای عظیم برق و مطالعه نقشه های فنی آنها از نزدیک و صدای خوش فرکانس خروجی توربینها و بالاخره «اب گوشت های» خوشمزه! ناهار نیروگاه،  مرا از کلاسهای دانشگاه تهران به واقعیت جالب کاربرد فورمولهای الکترومغناطیس وارد کرد.  بعد از تولید برق، ما از تماشای تلویزیون و یا شنیدن رادیویی لذت میبریم که برنامه هایشان از طریق امواج الکترومغناطیسی با فرکانسهای کمی بالاتر حدود چند کیلو هرتز و چند مگاهرتز به آنتن   خانه ها میرسد. فرکانسهای چند صد مگاهرتز تا چند گیگاهرتز، باند فرکانس دوست داشتنی کاویتی ها  در شتابدهنده های ذرات اعم از شتابگرهای الکترون یا پروتون است. سپس فرکانسهای بالاتر حدود چند گیگاهرتز  که برای انتقال داده ها به انتن گوشیهای تلفن همراه در جیبمان استفاده میشود. اینروزها کمتر کسی است که در خانه اش اجاق مایکرویو نداشته باشد و یا رادارهای سرعت سنج پلیس یکبار جریمه اش نکرده باشند. همه از مزایای ماهواره ها و رادارهای پیش بینی آب و هوا قبل از سفرهایمان بهره برده ایم و یا شاید بدون توجه به پیش بینی اب و هوا گرفتار برف و یا طوفان شده باشیم!  اینها به یمن همین امواج مایکرویو چند گیگا هرتزی است. بسیاری از تجهیزات تشخیصی مهم پزشکی نظیر MRI که در دو دهه  اخیر وارد بازار شده اند هم به نوعی از تابش چنین امواجی بر بافت بدن انسان و سپس  تحلیل بازتاب آن برای تشخیص و درمان بیماریهای لاعلاج استفاده میکنند. کمی بالاتر ماهواره ها و رادارهای شناخت از راه دور  و ...که امواج الکترومغناطیسی  چند ده گیگاهرتزی  را بکار میگیرند. اگر به فرکانسهای بالاتر برویم، به نور «فرو سرخ» میرسیم که برای تشخیص میزان حرارت اجسام  از راه دور کاربرد دارد. و فرکانسی کمی بالاتر  ، «نور مرئی» قرار دارد که طول موجی حدود چند ده تا چند صد نانومتر دارد که البته این آخری نعمت مستقیم آفرینش و ازلوازم  حیات بشر است و انسانها در تولید ان نقش نداشته اند. تا اینجا این امواج خاصیت یونیزه کردن ندارند. یعنی اینکه قرار گرفتن در معرض این امواج از امواج خطوط فشار قوی برق تا تلفن و مایکرویو و حتی فرو سرخ و نور مرئی ءانرژی کافی برای یونیزه کردن اتمهای بافت بدن انسان را ندارد. اما  این به معنی بی خطر بودن این امواج نیست. ضرب المثل فارسی  «گل بی خار کجاست» در اینجا هم صادق است.  این امواج الکترومغناطیسی پایین تر از ماورا بنفش توانایی تحریک و جنبش  اتمها را دارد. جنبش اتمها یعنی تولید گرما. پس نتیجه مستقیم  ان اینست که استفاده طولانی مدت از گوشی تلفن و یا روشن گذاشتن همیشگی «وای فای» اینترنت در خانه و یا قرار گرفتن مداوم در زیر این امواج الکترومغناطیسی در دراز مدت میتواند سبب ایجاد «حرارت زیاد» و  و ناکارایی یا بدکاری برخی سیستمهای حساس بدن انسان شود.  در مورد سایر احتمالات قرار گرفتن طولانی مدت در برابر امواج الکترومغناطیسی  شواهد علمی مستند کامل نشده است.


موضوع در مورد امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالاتر از نور مرئی متفاوت است،  چرا؟ دلیل ان یونیزه کردن اتمها و در مورد جانداران ، ایجاد شکافت یا تخریب  دی.ان.ای و ژنوم . به زبان ساده،   این امواج به خصوص  هنگام ورود به باند بالای «ماورای بنفش» و سپس امواج اشعه ایکس و گاما بر اثر تحریک  الکترونها در اتم ، منجر به ناپایداری اتم و در نتیجه انتشار این امواج از درون خود اتم میشود.  البته همین خاصیت در کنار خطرات بالقوه آن، باعث فواید بینظیر و سودمند ان در صنایع  مختلف الکترونیک,، پتروشیمی، مواد، کشاورزی، گمرک، فرودکاهها و پزشکی و نیز در درمان  برخی بیماریهای لاعلاج انسان است.  از اینجا به بعد امواج الکترومغناطیسی عملا خاصیت رادیواکتیو پیدا میکنند.

-------------------------

گردون نگری ز قد فرسوده ماست     

جیحون اثری ز اشک پالوده ماست

دوزخ شرری ز رنج بیهوده ماست

فردوس دمی ز وقت آسوده ماست

«عمر خیام»

رنگ الکترون و پروتون

هر سال در اینجا مثل سایر کشورهای اتحادیه اروپا، در روز  «درهای باز علمی» گروههای دانش اموزی و دانشجویی وارد مراکز علمی و تکنولوژی و دانشگاهی میشوند و با کارهای انجام شده توسط محققین این مراکز آشنا میشوند. این کمک زیادی به دانش اموزان  و دانشجویان امروز و محققان و دانشمندان آینده میکند تا در محیطی غیر رسمی، سوالاتی در ذهنشان ایجاد شود و  انگیزه های بیشتری در زمینه های علمی پیدا کنند. 

چند سال پیش در یکی ازین روزهای درب باز ، در حال توضیح در مورد یکی از تجهیزاتی بودم که در اینجا طراحی کرده بودیم. یک بی.پی.ام. توضیح میدادم که هنگام  عبور پروتونها یا سایر ذرات باردار از داخل این وسیله، امواجی الکترومغناطیسی در این بی.پی.ام ایجاد میشود ، و ما با دریافت این امواج و سپس جمع و تقسیم کردن دامنه ولتاژ آنها در یک مدار الکترونیکی میتوانیم بفهمیم که ذرات  باردار دقیقا در کجا قرار دارند، بدون اینکه بتوانیم داخل  آنرا ببینیم. و سپس در مورد روش ساخت آنها میگفتم که دانش اموزی پرسید ببخشید پروتونها و الکترونها چه رنگی هستند؟؟

کمی مکث کردم و خنده ام گرفت چون انتظار چنین سوالاتی نداشتم.  بعد توضیح دادم  اندازه پروتونها و الکترونها خیلی کوچکتر از  طول موج نور قابل دیدن در طبیعت است. بهمین دلیل نور قابل دیدن ، مثل نور خورشید قابلیت بازتاب از روی انها ندارد. در نتیجه نه رنگ دارند و نه دیده میشوند. بعد گفتم بهمین دلیل در شتابدهنده های ذرات ، نورها یا اشعه هایی تولید میشود که طول موج بی نهایت کوچکی دارند و با تاباندن ان بر موجودات غیر قابل دیدن، میتوان انها را قابل دیدن کرد. شبیه نور اشعه ایکس.

............

یادش به خیر سالها پیش در دوران مدرسه در منطقه «نمره چهل » «مسجدسلیمان» معلم گرانقدری داشتیم با نام «آقای آهی» که معلم درس علوم بود. چند جمله داشت که زیاد سر کلاس میگفت. یکی اینبود که بچه ها به  چشمانتان و آنچه میبینید باور نداشته باشید ، تنها به عقلتان باور کنید. بعد میگفت امشب در حیاط خانه تان به آسمان پر ستاره نگاه کنید. بیشتر این ستاره هایی که در آسمان میبینید ، سالهاست که از بین رفته اند و دیگر وجود ندارند ! چون نور سرعت معینی دارد ، چند صد  و یا هزاران سال طول میکشد تا نورشان به ما برسد. بعضی  از انها هزاران سال قبل در آنجا بوده اند و همانجا از بین رفته اند،  ولی  چون  نورشان  الان به چشمان شما  رسیده فکر میکنید هنوز وجود دارند..

او از ان معلمان گرانقدری بود که حتی درس علوم را هم بصورت «بومی» و تولید داخل درس میداد. در انزمان مسجدسلیمان تقریبا تمام خانه ها یک طبقه بودند و حیاط داشتند  و  اغلب در کوهپایه ها و تپه ها ساخته شده بودند. اسمان شبها مملو از ستاره ها بود و دیدن شهابسنگ در شبها خیلی عادی بود...در آنزمان زیاد برایم قابل درک نبود که به آسمان نگاه کنم و ستاره ها را ببینم و بگویم که وجود ندارند...

یک جمله دیگرش این بود که اگر روزی تخم مرغ اب پز کردید، به محض اینکه اب جوش امد، شعله را کم کنید چون  با شعله بالاتر ، تخم مرغ زودتر نمیپزد ، فقط اب بیشتری تبخیر میشود.... این را در آنزمان نمیفهمیدم که چه ربطی به ما دارد که هی تکرار میکرد. تا زمانیکه رفتم دانشگاه تهران و در خوابگاه موقع اب پز کردن تخم مرغ ، یاد حرفش افتادم .

مکن کاری که پا بر سنگت آید

جهان با این فراخی تنگت آید

چو فردا نامه خوانان نامه خوانند

تو بینی نامه خود، ننگت آید

«باباطاهر عریان»

عبور ذرات پر انرژی از فولاد

سالها پیش حدود هجده سال پیش وقتی برای اولین بار یکی از تجهیزات اندازه گیری شکل باریکه الکترون را از نزدیک دیدم برایم عجیب به نظر میرسید. محفظه استوانه ای کوچکی که درونش یک صفحه فلورسنت قرار داشت. باریکه الکترون با عبور از دیواره های فولادی محفظه به صفحه فلورسنت برخورد میکرد و انرا نورانی میکرد. با استفاده از یک دوربین که روی صفحه فلورسنت زوم شده بود ، میشد شکل باریکه نور را دید. همه اینها عادی و نرمال بود. قسمت عجیب این بود که چرا مهندسان آلمانی در شتابدهنده «بسی»، بجای قرار دادن صفحه فلورسنت درون خلا ، انرا درون محفظه ای فولادی قرار دادند که وارد خلا میشد و در مقابل باریکه الکترونها قرار میگرفت ، در حالیکه صفحه فلورسنت در هوای عادی قرار داشت. چگونه الکترونها میتوانستند از یک دیواره فولادی عبور کنند و خود را به صفحه فلورسنت برسانند؟

این تکنولوژی آلمانها در دهه  ۸۰ میلادی برای دیدن شکل باریکه الکترونها بود. 

بعدها که کمی مطالعه کردم فهمیدم که این دیواره فولادی برای چشمان ما یک دیواره سخت است. ولی در واقعیت فیزیکی تقریبا همه حجم  ان خالی است و یک الکترون پر انرژی براحتی از ان عبور میکند.  یک دانه نخود را درون یک استادیوم فوتبال بیندازیم. اگر اتم را استادیوم در نظر بگیریم، قسمت پر آن به اندازه همان دانه نخود است. بقیه ان  واقعا خالیست! فولاد و هر ماده ای در اطراف ما هم همینطور خالیست..

———————————

شخصا علاقه ای به سفرهای دوردست کاری خارج از اتحادیه اروپا نداشته ام، هر چند میدانم عادت خوبی نیست. اخرین سفر کاری خارج از اتحادیه اروپا رفتن به ژاپن بود که حدود هفت یا هشت سال پیش برای شرکت در کمیته علمی کنفرانس دیاگنوستیک شتابدهنده ها داشتم که ان سال در ژاپن برگزار میشد. سفری حدود یک شبانه روز در هواپیما و کلی جت لگ و خستگی. بعد از ان دیگر سفر کاری دور و خارج از اتحادیه نرفتم  و سال‌های بعد دوبار دیگر در کمیته علمی که در استرالیا و چین برگزار شد بصورت ویدیوی شرکت کردم. یادم میاید حدود دوازده سیزده سال پیش هم  وقتی کنگره شتابدهنده پاک که  آن سال در کانادا برگزار میشد بمن خبر دادند که مقاله ام برای ارایه حضوری و شفاهی و اصطلاحا «اینوایتد»  انتخاب شده است. مقاله در موضوع «راه اندازی سیستمهای مولد پالس و منابع تغذیه ولتاژ بالا بوستر شتابدهنده » بود.  به سفارت کانادا  رفتم و درخواست ویزا دادم. وقتی دیدم برای ارایه ویزا بدلیل هویت ایرانی من، دست دست میکنند! ایمیلی به دست اندرکاران کنگره زدم عذر خواهی کردم و گفتم بدلیل تاخیر در صدور ویزا ، سفرم را کنسل کرده ام و در کنگره شرکت نخواهم کرد..


همچو آن وقتی که خواب اندر روی      تو ز پیش خود به پیش خود روی

بشنوی از خویش و پنداری فلان          با تو اندر خواب گفتست آن نهان

تو یکی تو نیستی ای خوش رفیق      بلک گردونی و دریای عمیق

دم مزن تا دم زند بهر تو روح      آشنا بگذار در کشتی نوح

«مولانا» 

تکنولوژی بومی با تجربه و اشتباه کردن بدست میاید

کمبود قطعات الکترونیکی در یکی دو سال اخیر ، به حد بالایی افزایش یافته است. در چندین مورد برای ساخت بعضی تجهیزات شتابدهنده، چیپهایی را سفارش داده ایم  و به جای زمان معمولی چند روزه، بیش از چند ماه طول کشیده است تا قطعات بدستمان برسد. ناامن بودن تامین قطعات الکترونیکی در یک دو سال اخیر به حدی رسید که اتحادیه اروپا تصمیم گرفت پروژه های بزرگ  ساخت کارخانجات تولید چیپهای الکترونیکی پرکاربرد را در چندین کشور اروپایی در دستور کار قرار دهد. 

صنعت نرم افزار کامپیوتر و سخت افزار الکترونیکی  از تجهیزات ساده ای مثل خازن و مقاومت و دیود و لد تا ترانزیستور و امپلی فایر  و مدارهای چاپی و غیره، در سالهای پیشرو ، همانند انرژی و اب و برق، صنعتی حیاتی خواهد بود. بگذارید مثالی بزنم.بعنوان مثال  کشور ایران در بهترین حالت و در جهانی  ایده آل، هم سالانه کمتر از ۸۰ میلیارد یورو فروش نفت خواهد داشت و حال انکه کشوری مثل هند سال گذشته بیش از ۱۰۰ میلیارد یورو صادرات نرم افزار و خدمات کامپیوتری داشته است. و یا کشور آلمان تنها در صنعت دانش بنیان خودرو سازی، سالانه ۱۲۰ میلیارد یورو فقط صادرات اتومبیل شخصی دارد. نظیر این مثال در کشورهای دیگری که صنعت و اقتصاد دانش بنیان را در اولویت تصمیم گیریها و برنامه ریزیهایشان قرار دادند هم زیاد است. گزاره «کشور نفت خیز ثروتمند است» در دنیای فعلی گزاره دقیق و درستی نیست. این گزاره توسط کشورهای دیگر، تنها برای اطلاعات اشتباه دادن به کشورهای دارای نفت ایجاد شده است. در واقع مواد خام مثل نفت نعمتی است که میتواند به اقتصاد کشورها کمک کند، ولی تنها جزء کوچکی است و همه ماجرا نیست.

 شرکت های دانش بنیان ،اما زاییده تکنولوژی های پیشرو و قوانین کمک کننده است. ایالات متحده و ژاپن در دهه نود میلادی در این زمینه پیشرو بودند و میوه هایش را چیدند. اما در زمان حال بنظر میرسد چین و آلمان موفقترین کشورها در زمینه شرکتها و اقتصاد دانش بنیان باشند. این دو کشور مملو از شرکتهایی هستند که درصد بالایی از انها در اوایل ایجاد،  تنها چند نفر کارمند داشته اند و یا تنها از طریق اینترنت و یا در انباری خانه فعالیت میکردند!  اما در بسیاری از انها ، چابکی و کیفیت کارشان از شرکتهای بزرگ و دست و پا گیر، بیشتر بود. البته انها بدلیل سودشان و کیفیت کارشان، بزرگتر و چابکتر شدند و بصورت غیر مستقیم برای صدها شرکت دیگر کار ایجاد میکنند و به توسعه کشورهایشان کمک میکنند. انها با پرداخت مالیات به دولتهایشان کمک میکنند، و دولتهایشان هم با حمایت و قوانین آسان کمکشان را به انها بر میگردانند. «از هر دست بدهی، از همان دست خواهی گرفت.»

برگز شرکتی فرانسویست که تولید کننده ترانسهای جریان برای اندازه گیری جریان ذرات باردار در تقریبا تمام مراکز شتابدهنده ذرات در  جهان است. چند سال پیش وقتی برای تست یکی از ترانسهایی که برایمان ساخته بودند به انجا رفتم، برایم بسیار عجیب بود که شرکتی با این همه اسم و رسم در محیطی حدود ۳۰۰ متر مربعی و حدود کمتر از ده کارمند این همه موفقیت داشته است. ماه پیش بدلیل نیاز به یک ترانس جریان با ویژگی خاص ، در آزمایشگاه مرکزمان ترانس جریانی بهمراه کیت الکترونیک ان را ساختم و کل هزینه مواد اولیه ان کمتر از یک بیستم  قیمت ترانسهای جریانیست که شرکت برگز تولید میکند. قرار است برای پروژههای پیش رو از جمله پروژه ای که قرار است برای مرکز «سرن» انجام دهیم ، از همین ترانسهای اصطلاحا ساخت داخلمان استفاده کنیم. در واقع در سایر تجهیزاتی که اصطلاحا پیشرفته نامیده میشوند هم وضعیت همین است. قیمت واقعی تجهیز شاید یک دهم تا یک پنجاهم مواد اولیه و هزینه ساخت باشد. اینجا دانش فنی مهمترین قسمت است که البته با تجربه و اشتباه کردن بدست میاید.  بقیه ماجرا تنها آرایش کردن  و رنگ و لعاب است !

نوروز و سال نو

اواخر تابستان بعد از مدتها تاخیر بخاطر پاندمی کوید، به مرکز اسپالاسیون اروپا در لوند سوئد رفتم تا کار تستهای نهایی یکی از تجهیزات انجا که اصطلاحا «چاپر» نامیده میشود، را با همکاران آنجا انجام دهم. بدلیل حساسیت این تجهیز شتابدهنده ، حضورم در انجا الزامی بود. طراحی  خود  «چاپر»   بر عهده من در اینجا بود و ساخت منبع تولید  پالس ان بر عهده شرکتی المانی-روسی بود که تنها شرکت تولید کننده این گونه منابع ولتاژ بالای فوق سریع پالسی است.  در طراحی ان با استفاده از میدانهای الکترومغناطیسی قسمتی از باریکه پروتونها برش داده میشود. انجام طراحی  الکترومغناطیسی این چاپر حدود شش ماه برایم زمان برد، و ساخت و تستهایش در مرکزمان حدود دو سال طول کشید. و سرانجام در مرکز اسپالاسیون اروپا نصب و راه اندازی شد. سرعت پروتونها،  هنگام عبور از این تجهیز، بقدری است که در مدت سه ثانیه، میتوانند دو بار دور کره زمین بچرخد. میدانهای الکترومغناطیسی باید بقدری دقیق و سریع باشند تا بتوانند تنها سه باکت حلقه مشخص  از میان میلیونها باکت  حلقه پروتون را از بقیه جدا کنند. 

 همیشه در زمان طراحی و شبیه سازی و ساخت برخی تجهیزات، شکهای کوچکی برای طراح ایجاد می‌شود که تا زمان تست نهایی و مهمتر از آن اتصال به سایر سیستمهای شتاب‌دهنده و کار کردن همزمان با این سیستم‌ها نمی‌توان کاملا از کیفیت 100 درصدی مطمئن بود. این تجهیز از جمله قسمتی از  تجهیزاتی بود که طراحی، ساخت و تست ان بر عهده  اسپانیا بود و خوشبختانه با موفقیت انجام شد. البته من شخصا هم از موفقیت ان بسیار خوشحال شدم.

۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰

امسال هم فرصت مسافرت به ایران برای ایام نوروز میسر نشد. امیدوارم سال نو، سالی پربرکت برای ایرانیان باشد. 

چون بلبل مست راه در بستان یافت

روی گل و جام باده را خندان یافت

آمد به زبان حال در گوشم گفت

دریاب که عمر رفته را نتوان یافت

 «عمر خیام» 


تحقیقات علمی لوس بازی نیست

مدتیست که داوری علمی برخی مقالات جورنال  مهندسین برق و الکترونیک IEEE  در زمینه شتاب‌دهنده های ذرات را انجام می‌دهم. این جورنال در ابتدا تنها برای چاپ مقالات و گزارشات علمی و تحقیقاتی در زمینه  مهندسی برق ایالات متحده ایجاد شد، ولی بعدها بین المللی شد و به سایر زیر شاخه های علمی گسترش یافت. مقالات مختلفی از انستیتوها و مراکز تحقیقاتی کشورهای مختلف در این جورنال چاپ می‌شود. جالب  است که مقالات بسیار باکیفیتی از کشورهایی نظیر چین میبینم که بصورت معنا داری نه تنها نشان از سطح علمی محققین آنها دارد، بلکه نشان از افزایش بالای سطح تکنولوژی این کشور هم دارد. معمولا مقالات علمی تئوری نشان دهنده سطح پیشرفت فنی کشورها نیست. ولی وقتی مقاله ها بصورت نتایج و ستاپ های آزمایش در لابراتوارها و کارهای عملی و کاربردی باشد،  نشان‌دهنده سطح فنی و تکنولوژی کشورهاست. و این در مورد کشوری مثل چین مشهود است.  بصورت تجربی سرمایه گذاری کشورها در علم و تحقیقات و بومی کردن تکنولوژی بدون هیچ حد و مرزی در علوم دارای یک نتیجه است: آینده ای درخشان در توسعه و رفاه کشورها. 

...... 

یادم می‌آید سالها پیش زمانی که در دانشگاه تهران درس مهندسی برق می‌خواندم، چنین حس میشد که کارهای پژوهشی و سرمایه گذاری در آنها  «لوس بازی» است! واقعیت آنست که در آنموقع تا حدی این جمله به واقعیت نزدیک بود. بسیاری از اساتید ما در آنموقع بجای دادن پروژه های کاربردی برای حل مشکلات بومی در زمینه برق و غیره، به دانشجویانشان، پروژه هایی تعریف می‌کردند که تنها کارکردشان چاپ مقاله در یک جورنال خارجی و گرفتن احتمالی یک فلوشیپ در دانشگاه‌های خارج از ایران بود. پروژه هایی که بنظر من حتی در آنموقع دلسرد کننده می‌آمدند. کاملا منطقیست که سرمایه گذاری دولت در چنین تحقیقاتی نه تنها کمکی به توسعه صنعتی و اقتصادی کشور نمی‌کرد، حتی شاید در جهت عکس آن عمل می‌کرد.

 ولی سالها کار در مراکز تحقیقاتی اروپا بمن نشان داد که سرمایه گذاری دولت‌ها در  «تحقیقات بومی، کاربردی» و مراکز علمی در واقع سوبسید دادن به مراکز صنعتی و اقتصاد ملی خود است. در صورت استفاده صحیح از منابع پژوهشی، قسمت اعظم آن صرف خرید تجهیزات صنعتی داخلی و کمک به صنایع کوچک و بزرگ پیشرو فنی  کشور است. قسمتی هم صرف متخصصانی است که تحقیقاتشان، می‌تواند مشکلات و چالش‌های ملی را با قیمت کمتر حل کند. 

در واقع  کلید مفید بودن یا مفید نبودن سرمایه گذاری در تحقیقات و مراکز علمی کشورها به این بستگی دارد که آیا این سرمایه گذاری برای حل چالش‌های داخلی و کمک به صنعت داخلیست یا نه. 

بعنوان مثال ممکن است در کشور ژاپن مقالات و تحقیقات زیادی در مورد چالشهای بومی  نظیر آلایندگی آتشفشان‌ها و یا استفاده از جلبک دریایی در صنعت و یا تولید نانوچیپهای الکترونیکی  نوشته شود. ولی در ایران در عوض تحقیقات در زمینه شیرین کردن آب دریا، یا کاهش آلایندگی هوا و زمین  یا توسعه دولت الکترونیکی بیشتر به اقتصاد ملی کشور کمک کند. 


خنک آن قماربازی که بباخت هر چه بودش

بنماید هیچش الا هوس قمار دیگر

 «مولانا» 



خاطره ای از هند

فکر کنم حوالی سال ۲۰۰۷ بود که سفری به هندوستان داشتم. سفرم برای شرکت در کنفرانس شتابگرها بود که آن سال در هندوستان و با میزبانی مرکز شتابدهنده «ایندوس» برگزار شده بود. در صحبتهای دوستانه ای که در حواشی کنفرانس با مهندسین آنجا داشتم،  گاهگاهی خارج از مباحث فنی، کمی در مورد تاریخ و فرهنگ انجا هم صحبت میکردیم. حتی در صحبتهای با مهندسین سازنده شتابگر ایندوس ۲، براحتی احساس افتخار آنها به اینکه غالب تجهیزات پیچیده سینکروترون شان را در داخل تولید کرده اند موج میزد. یک روز بعدظهر مدیر یک گروه شتابدهنده سینکروترون، من بهمراه دو نفر دیگر را دعوت کرد تا داخل ماشین شتابگر را نشانمان دهد. در آنزمان کاملا برایم فوق العاده و غیر قابل باور بود که توانسته بودند اینهمه در زمینه طراحی و ساخت تجهیزات خوب عمل کرده باشند. از الکترومغناطیسها، تا کاویتی های شتابدهنده و برخی تجهیزلات بیم یابی...همه را خودشان طراحی کرده بودند و ساخته بودند. من حتی در آنزمان هم خوب میدانستم که طراحی کردن و ساختن چنین تجهیزاتی نیازمند تمرکز عالی و حس و اراده ای  بالاتر ازتنها انجام یک وظیفه کاری است. مسئول شتابگر که سن نسبتا بالایی هم داشت مطالبی در نوع خودش جالب حین بازدید از لابراتوار سوپر هادیها بیان میکرد. انها در حال ساخت کویل مغناطیسهای سوپر هادی برای پروژه  ال.اچ.سی در «سرن» بودند. گفت که «تا همین چند سال پیش  نه تنها هیچ کشوری بدلیل تحریمها  بر علیه هندوستان، تجهیزات فنی در این زمینه ها برای ما نمیفرستاد، حتی بارها بدلیل صادر نشدن ویزای ایالات متحده، نتوانستم  در کنفرانسها شرکت کنم، تنها به ان دلیل که یک فیزیکدان هندی بودم، اما ما توانستیم شتابدهنده ملی مان را بسازیم. بعد از ساخت اولین شتابدهنده مان «ایندوس ۱»،  تحریمها در زمینه تکنولوژیهای وابسته هم برداشته شد. اما ما ایندوس ۲ را هم با ایده های داخلی طراحی کردیم و ساختیم، و اکنون در حال همکاری در  طراحی و ساخت تجهیزاتی برای بعضی شتابدهنده های خارج از هندوستان هستیم......» بعد ازین صحبتهای «یوشی» دلیل چنین دستیابی مهم فنی و حس افتخارشان را دریافتم.

شاید نور خارج شده از شتابگر هندوستان در آنزمان در زمره با کیفیت ترین نور سینکروترون نبود، ولی تجربه داخلی بدست امده در ساخت شتابگرهایشان، دستیابی به چنین نوری  را کاملا  قابل دسترس میکند. سوای انکه قسمت زیادی از هزینه ساخت شتابگرهایشان ، باعث توسعه و شکوفایی شرکتهای دانش محور کشورشان شد. در واقع پروژه های بزرگ علمی و اصطلاحا لبه-تکنولوژی حتی اگر خودشان هم مستقیما حاصلی نداشته باشند، همانند بستری برای رشد شرکتهای دانش محور و موتور توسعه صنعتی کشورهایشان هستند. دقیقا همان کاری که مراکزی مانند «سرن» در اروپا، «ناسا» در ایالات متحده  و یا دهها مرکز بزرگ علمی دیگر در آلمان و چین و سایر نقاط جهان انجام داده اند.