Γρηγόρης ΠαπουτσήςΤου Γρηγόρη Παπουτσή

Ήταν Δεκέμβριος του 2011, όταν ερευνητές στο Cern της Ελβετίας ανακοίνωσαν ότι βρήκαν ενδείξεις για την ύπαρξη του μποζονίου του Χιγκς ή αλλιώς του σωματιδίου του Θεού, κατά τον νομπελίστα Φυσικό Λέντερμαν. Ομάδα ειδικών που μελετούν τα δεδομένα που προέκυψαν και όσα προκύπτουν για τις ιδιότητες του σωματιδίου υποστηρίζουν ότι το μποζόνιο Χιγκς μπορεί να δώσει απαντήσεις όχι μόνο για τη δημιουργία του Σύμπαντος αλλά και για το μέλλον του.

Προσφάτως, ανακοινώθηκε πως η ανάλυση των ιχνών ενός στοιχειώδους σωματιδίου που ανακαλύφθηκε στον Μεγάλο Επιταχυντή του CERN το καλοκαίρι του 2012, έδειξε ισχυρές ενδείξεις ότι είναι το μποζόνιο του Χιγκς. Η βεβαιότητα αγγίζει το 99,99995% και η παρατήρηση αυτή είναι επαληθεύσιμη και μπορεί να αναπαραχθεί οποτεδήποτε.

Ας προσπαθήσουμε να γνωρίσουμε όσο το δυνατόν περισσότερο αυτό το σωματίδιο που τα τελευταία 7 χρόνια έχει βρεθεί για τα καλά στο κέντρο της προσοχής.

Πρώτα από όλα το Σύμπαν μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες στοιχειωδών σωματιδίων. Η πρώτη είναι τα φερμιόνια, τα οποία είναι συστατικά της ύλης. Η δεύτερη είναι τα μποζόνια τα οποία λειτουργούν ως φορείς των φυσικών δυνάμεων και των πεδίων τους.

Τη στιγμή που δημιουργήθηκε το Σύμπαν, τα σωματίδια δεν είχαν μάζα μέχρι την εμφάνιση του πεδίου Χιγκς, όπως λέει η θεωρία που ανέφεραν το 1964 ο Χιγκς και άλλοι θεωρητικοί φυσικοί. Η θεωρία αυτή περιέγραφε με σαφήνεια τον τρόπο με τον οποίο τα σωματίδια, ακόμη και το ίδιο το Higgs, αποκτούν μάζα. Το μποζόνιο του Χιγκς είναι το σωματίδιο που αντιστοιχεί στο πεδίο του Χιγκς, το οποίο προσδίδει μάζα στην ύλη. Είναι στοιχειώδες σωματίδιο, δηλαδή δεν έχει εσωτερική δομή και δεν αποτελείται από άλλα σωματίδια. Παρόλα αυτά, είναι εξαιρετικά ασταθές και όταν σχηματιστεί καταρρέει σχεδόν ακαριαία και δίνει άλλα υποατομικά σωματίδια. Οι επιστήμονες κουράστηκαν πολύ να προσδιορίσουν την πιθανή του μάζα, η οποία εκτιμάται περίπου 130 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του πρωτονίου. Μόνο το 5% της ύλης που γνωρίζουμε βασίζεται στην έως τώρα γνωστή ύλη, με το υπόλοιπο 95% να αφορά τη σκοτεινή ύλη. Με τη γνώση του σωματιδίου αυτού η γνώση μας θα ανέβει στο 25% καλύπτοντας ένα μεγάλο κενό στη γνώση μας για το σύμπαν το ίδιο.

Πώς θα ήταν όμως το Σύμπαν χωρίς αυτό το σωματίδιο; Τα θεμελιώδη σωματίδια από τα οποία αποτελούμαστε, όπως το ηλεκτρόνιο, έχουν διαφορετική μάζα λόγω του υποατομικού αυτού σωματιδίου. Αν δεν υπήρχε, δεν θα είχαν μάζα και έτσι δεν θα μπορούσαν να σχηματιστούν τα άτομα, τα μόρια και εν τέλει ο ίδιος ο άνθρωπος. Μαθηματικά μιλώντας μπορούμε να πούμε πως το Σύμπαν θα ήταν πιο ελαφρύ από ένα πούπουλο, χωρίς καθόλου μάζα και επομένως και χωρίς βαρύτητα. Χωρίς βαρύτητα δεν θα υπήρχαν ούτε πλανήτες, ούτε άστρα ή έστω θα υπήρχαν σε διαφορετική μορφή από ότι τα γνωρίζουμε.

Τι ακριβώς συμβαίνει στο Cern

Αυτό που συμβαίνει μέσα στον επιταχυντή του CERN στη Γενεύη σε ώρα λειτουργίας είναι δύσκολο να το χωρέσει το ανθρώπινο μυαλό. Δύο δέσμες πρωτονίων, η μία δίπλα στην άλλη, σε εντελώς χωριστούς αγωγούς, με αντίθετης φοράς τροχιές, κατευθύνονται με ταχύτητα που υπολείπεται κατά ένα μόλις χιλιοστό της ταχύτητας του φωτός, μέσα σε σωλήνες όπου εκτός από το σκοτάδι βασιλεύει και το σχεδόν απόλυτο κενό. Σωλήνες που βρίσκονται 100 μέτρα κάτω από την επιφάνεια της γης, περιστοιχισμένοι από τεράστιους ευθύγραμμους μαγνήτες. Όλα μαζί σε μια φωτισμένη στοά με μέγεθος λίγο μικρότερο αυτών του μετρό, μήκους 27 χιλιομέτρων. Η κάθε δέσμη δεν είναι συνεχής (όπως δηλαδή γίνεται με το νερό που τρέχει στον σωλήνα του ποτίσματος) αλλά χωρίζεται, σε πλήρη λειτουργία, σε 2.808 κινούμενα πακέτα που το καθένα περιέχει 115 δισεκατομμύρια πρωτόνια.

Επιπτώσεις από την ανακάλυψη

Σε κάθε ανακάλυψη θα περίμενε κανείς να έχει άμεσο πρακτικό αποτέλεσμα προκειμένου να είναι σημαντική. Κάτι τέτοιο δεν ισχύει σε απόλυτο βαθμό. Για παράδειγμα, από αστρονομικές παρατηρήσεις χτίστηκαν πολλές δεκαετίες αργότερα οι κατάλληλες τεχνολογίες για την κατασκευή των δορυφόρων και των GPS. Οτιδήποτε δηλαδή μας αποκαλύπτει το πώς λειτουργεί ο κόσμος είναι σημαντικό και σε φιλοσοφικό και σε τεχνολογικό επίπεδο. Ακόμα και η καθημερινή μας ασχολία με το Ίντερνετ προέκυψε από την αγωνιώδη προσπάθεια των ερευνητών να εντοπίσουν το μποζόνιο του Χιγκς. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι κάθε προσπάθεια του ανθρώπου να κατανοήσει τον κόσμο γύρω του δεν οδηγεί άμεσα

Δυσκολία στην επιβεβαίωση της ύπαρξης του

Το σωματίδιο εμφανίζεται μόνο σε ακραίες θερμοκρασίες, τις οποίες μπορεί να πετύχει με σιγουριά μόνο ο LHC, o ισχυρότερος και ακριβότερος επιταχυντής. Επίσης, το Χιγκς εμφανίζεται πολύ σπάνια στις συγκρούσεις πρωτονίων μέσα στον LHC, επομένως οι ερευνητές πρέπει να εξετάζουν τρισεκατομμύρια συμβάντα για να δουν έστω και ένα μικρό ίχνος του. Τρίτον, το μποζόνιο ζει μόλις 1 δεκάκις χιλιοστό του δισεκατομμυριοστού του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου! Διασπάται δηλαδή πριν φτάσει καν στους ανιχνευτές του επιταχυντή. Επομένως, η ανίχνευσή του δεν μπορεί να γίνει άμεσα. Οι ερευνητές απλά συμπεραίνουν την ύπαρξή του επειδή το σωματίδιο λάμπει διά τις απουσίας του: η ανάλυση δείχνει ότι εξαφανίστηκε μια μικρή ποσότητα από την ενέργεια της σύγκρουσης, και η ποσότητα αυτή πρέπει να αντιστοιχεί στην ενέργεια, και επομένως στη μάζα, ενός άφαντου σωματίδιού, του σωματιδίου του Θεού!

Βιβλιογραφία:

  •  Heather Gray and Bruno Mansoulié, 4th July 2018, The Higgs boson: the hunt, the discovery, the study and some future perspectives
  • Chelsea Gohd , August 2018, Here’s What Happens When a Higgs Boson Dies — and What It Means for Particle Physics
  • Graham Templeton,June 2015, What is the Higgs Boson, and why is it so important?

Παπουτσής Γρηγόρης*
Απόφοιτος του τμήματος Φυσικής Ιωαννίνων με εξειδίκευση στη φιλοσοφία των μαθηματικών από το ΕΚΠΑ.
Επικοινωνία: [email protected], 6981613616

Ακολουθήστε την επίσημη σελίδα μας στο facebook schooltime για να βλέπετε τις σημαντικότερες ειδήσεις στη ροή του schooltime.gr

Ακολουθήστε μας στο facebook