ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ, ΣΥΝΘΕΣΗ & ΣΧΕΔΙΟ ΙΔΕΩΝ

ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ ΤΟΥ ΘΕΟΥ: Ο ΚΟΣΜΟΣ ΣΗΜΕΡΑ ΕΙΝΑΙ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΣ (του Παντελή Σαββίδη)

collider - Σόλων ΜΚΟ
image_pdfimage_print

collider - Σόλων ΜΚΟΗ είδηση είναι γνωστή: οι επιστήμονες του CERN (Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικών Ερευνών) ανακοινώνουν διά των εκπροσώπων τους ότι στα πειράματα που διεξάγονται στον LHC (Large Hadron Collider, Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων) έχουν ανακαλύψει ένα καινούργιο σωματίδιο, το οποίο έχει τα χαρακτηριστικά του αναζητούμενου σωματιδίου του Higgs. Το σωματίδιο του Higgs είναι ένα μεσόνιο, όπως αποκαλείται η κατηγορία αυτών των σωματιδίων, ένα σωματίδιο, εν πάση περιπτώσει, το οποίο δίνει μάζα στην ύλη.

Τα υλικά σωματίδια που παρατηρούσαν οι επιστήμονες, ηλεκτρόνιο, πρωτόνιο κτλ., έχουν μάζα. Διαφορετική μάζα μεν (άλλα είναι ελαφρύτερα και άλλα βαρύτερα), αλλά έχουν μάζα. Το ερώτημα των επιστημόνων ήταν γιατί και πώς αποκτούν μάζα τα σωματίδια. Τη μάζα, λοιπόν, στα σωματίδια αυτά και όσα άλλα υπάρχουν τη δίνει το σωματίδιο Higgs.
Αν δεν υπήρχε το σωματίδιο αυτό να δώσει μάζα στην ύλη, τότε όλη η ύλη θα έτρεχε με την ταχύτητα του φωτός και συνεπώς εμείς δεν θα υπήρχαμε. Άρα, ορθώς ονομάσθηκε «Σωματίδιο του Θεού», πρόταση που διατυπώθηκε και έγινε αποδεκτή από τη διεθνή κοινότητα, από τον αμερικανό φυσικό Leon Lederman, ο οποίος αρχικά ήθελε να το ονομάσει «Καταραμένο σωματίδιο», κάτι που δεν έγινε αποδεκτό.
Οι επιστήμονες του CERN είναι σίγουροι κατά 99,99% ότι έχουν να κάνουν με ένα μεσόνιο του Higgs, αλλά ακόμη δεν είναι σίγουροι αν το μεσόνιο αυτό είναι εκείνο που θα δικαιώσει τη θεωρία του Καθιερωμένου Προτύπου ή είναι κάτι το οποίο ξεπερνά τη θεωρία αυτή και μπορεί να επιβεβαιώσει μια άλλη θεωρία, τη θεωρία της υπερσυμμετρίας, παραδείγματος χάρη.

Θεωρία του Καθιερωμένου Προτύπου
Η θεωρία του Καθιερωμένου Προτύπου είναι η επικρατέστερη μέχρι σήμερα για τον τρόπο που δημιουργήθηκε και λειτουργεί το Σύμπαν.
Πάντως, αυτό που ανακάλυψαν οι επιστήμονες είναι ένα σωματίδιο, το οποίο προέβλεπε η θεωρία του Καθιερωμένου Προτύπου. Μάλιστα, καταλήγουν στο ότι είναι ένα μεσόνιο Higgs, επειδή έχει ακριβώς τα χαρακτηριστικά που προβλέπει αυτή η θεωρία.
Στον επιταχυντή του CERN συγκρούστηκαν πρωτόνια, αλλά εκείνα τα οποία ουσιαστικά από τη σύγκρουση διασπάστηκαν ήταν οι πυρήνες των πρωτονίων, τα quark, για να παραχθεί το σωματίδιο Higgs. Βεβαίως, οι επιστήμονες δεν βλέπουν κανένα σωματίδιο, αλλά την τροχιά του.

Το σωματίδιο Higgs έχει πάρα πολύ σύντομο χρόνο ζωής, διασπάται γρήγορα σε δύο φωτόνια και τέσσερα λεπτόνια και όταν η διάσπασή του γίνεται σ’ αυτήν τη συχνότητα, τότε, κατά τη θεωρία του Καθιερωμένου Προτύπου, έχουμε σωματίδιο Higgs. Αυτό που παρατήρησαν, λοιπόν, ήταν ένα σωματίδιο που το περίμεναν από τη θεωρία και η θεωρία αυτή τούς λέει ότι πρόκειται για σωματίδιο Higgs.

Όπως σημειώσαμε και παραπάνω, το μεγάλο επιστημονικό ερώτημα τώρα είναι αν το σωματίδιο Higgs που ανακαλύφθηκε είναι πράγματι το σωματίδιο που προβλέπει η θεωρία του Καθιερωμένου Προτύπου ή αν θα δικαιώσει μια άλλη θεωρία, τη θεωρία της υπερσυμμετρίας παραδείγματος χάριν.
Η έννοια της υπερσυμμετρίας είναι σημαντική. Αν πράγματι υφίσταται υπερσυμμετρία στον κόσμο μας, τότε αυτή θα έχει υποστεί αυθόρμητη ρήξη. (Περαιτέρω ανάλυση της θεωρίας της υπερσυμμετρίας δεν είναι δυνατή στο πλαίσιο του άρθρου αυτού).

Πάντως, οι επιστήμονες του CERN ελπίζουν ότι ο LHC (ο επιταχυντής, δηλαδή) μπορεί να βρει ενδείξεις υπερσυμμετρίας, πράγμα που θα αποτελούσε ιστορική ανακάλυψη για τη σωματιδιακή φυσική.
Σήμερα οι κοσμολόγοι πιστεύουν ότι το Σύμπαν γεννήθηκε ως αποτέλεσμα μιας και μόνης βίαιης έκρηξης, που είναι γνωστή ως Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang).

Οι τέσσερις δυνάμεις
Κατά τη θεωρία του Καθιερωμένου Προτύπου, τη θεωρία που προσπαθούν να επιβεβαιώσουν οι επιστήμονες και με ένα από τα πειράματα στο CERN, υπάρχουν τέσσερις δυνάμεις στη φύση:
– η ισχυρή
– η ηλεκτρομαγνητική
– η ασθενής
– η βαρυτική
Η ισχυρή δύναμη είναι πολύ μικρής εμβέλειας και σε αυτήν οφείλεται η σύνδεση των νετρονίων και των πρωτονίων στους πυρήνες. Είναι η «κόλλα που συγκρατεί μεταξύ τους τα νουκλεόνια (πρωτόνια και νετρόνια).
Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη είναι υπεύθυνη για το σχηματισμό των ατόμων και των μορίων.
Η ασθενής δύναμη είναι πυρηνική δύναμη μικρής εμβέλειας, που έχει την τάση να αποσταθεροποιήσει ορισμένους πυρήνες. Σ’ αυτήν οφείλονται οι περισσότερες διεργασίες ραδιενεργού διάσπασης, όπως είναι η διάσπαση βήτα.
(Οι επιστήμονες πιστεύουν τώρα ότι η ασθενής και η ηλεκτρομαγνητική δύναμη είναι δύο εκφάνσεις μίας μόνο δύναμης, που ονομάζεται ηλεκτρασθενής δύναμη).
Η βαρυτική δύναμη είναι δύναμη μεγάλης εμβέλειας. Η δύναμη που ασκείται μεταξύ πλανητών.
Στη σύγχρονη φυσική οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων περιγράφονται με την ανταλλαγή σωματιδίων πεδίου ή κβάντων. Δηλαδή, όταν λέμε ότι ασκείται δύναμη μεταξύ δύο σωματιδίων, στην ουσία ανταλλάσσεται ένα σωματίδιο μεταξύ των σωματιδίων αυτών.
Έχει ενδιαφέρον να δούμε ποιο είναι το σωματίδιο αυτό που ανταλλάσσεται:
Στην περίπτωση της γνωστής ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης, τα σωματίδια πεδίου είναι φωτόνια.
Κατά τον ίδιο τρόπο η ισχυρή δύναμη διαδίδεται μέσω σωματιδίων πεδίου που ονομάζονται γλουόνια (από την αρχαία ελληνική λέξη γλοιός «κολλώδης ουσία, κόλλα»).
Η ασθενής δύναμη διαδίδεται μέσω σωματιδίων που ονομάζονται μποζόνια W και Z.
Η δύναμη της βαρύτητας διαδίδεται μέσω κβάντων του πεδίου βαρύτητας. που ονομάζονται γκραβιτόνια.
Ένα μεγάλο πρόβλημα στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων είναι γιατί το φωτόνιο δεν έχει μάζα, ενώ τα μποζόνια W και Ζ είναι σωματίδια με μάζα.

Λόγω αυτής της διαφοράς στη μάζα, οι ηλεκτρομαγνητικές και οι ασθενείς δυνάμεις είναι πολύ διαφορετικές σε χαμηλές ενέργειες, αλλά γίνονται παραπλήσιες ως προς τη φύση τους σε πολύ υψηλές ενέργειες.
Αυτή η συμπεριφορά, καθώς προχωράμε από χαμηλές σε υψηλές ενέργειες, που ονομάζεται ρήξη της συμμετρίας, αφήνει ανοιχτό το θέμα της προέλευσης των μαζών των σωματιδίων.
Για να λυθεί το πρόβλημα αυτό, έγινε δεκτή η ύπαρξη ενός υποθετικού σωματιδίου που ονομάσθηκε μποζόνιο Higgs και το οποίο παρέχει έναν μηχανισμό που ερμηνεύει τη ρήξη της ηλεκτρασθενούς συμμετρίας
Αυτό το μποζόνιο Higgs είναι που, πιστεύεται, πως ανακαλύφθηκε.

Στοιχειώδη σωματίδια
Όλη η ύλη στη φύση πιστεύεται ότι αποτελείται από μόνο δύο οικογένειες σωματιδίων, τα κουάρκ και τα λεπτόνια.
Μέχρι το 1932, οι φυσικοί θεωρούσαν ότι όλη η ύλη αποτελείται μόνο από τριών ειδών σωματίδια: τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια.

Αρχίζοντας από το 1945, ανακαλύφθηκαν πολλά καινούργια σωματίδια σε πειράματα κρούσεων υψηλής ενέργειας μεταξύ γνωστών σωματιδίων.

Μέχρι τη δεκαετία του 1960 οι φυσικοί είχαν εκπλαγεί από το μεγάλο αριθμό και την ποικιλία των υποατομικών

σωματιδίων που ανακαλύπτονταν. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες οι φυσικοί έχουν κάνει τεράστια πρόοδο σε ό,τι αφορά τη γνώση της δομής της ύλης, αναγνωρίζοντας ότι όλα τα σωματίδια (με εξαίρεση τα ηλεκτρόνια, τα φωτόνια και μερικά παρόμοια σωματίδια) είναι συγκροτημένα από μικρότερα σωματίδια που ονομάζονται κουάρκ.
Έτσι, τα πρωτόνια και τα νετρόνια π.χ. δεν είναι στην πραγματικότητα στοιχειώδη, αλλά είναι μάλλον συστήματα στενά συνδεδεμένων κουάρκ.

Δύο κατηγορίες – Ταξινόμηση των σωματιδίων
Όλα τα σωματίδια, εκτός από τα φωτόνια, μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες, τα αδρόνια και τα λεπτόνια, σύμφωνα με τις αλληλεπιδράσεις στις οποίες υπόκεινται.
Τα σωματίδια που αλληλεπιδρούν διά μέσου της ισχυρής δύναμης ονομάζονται αδρόνια.
Υπάρχουν δύο κατηγορίες αδρονίων, τα μεσόνια και τα βαρυόνια.
Όλα τα αδρόνια είναι σύνθετα συστήματα, αποτελούμενα από δύο ή τρεις θεμελιώδεις συνιστώσες, που ονομάζονται κουάρκ.
Η θεωρία για το πώς αλληλεπιδρούν τα κουάρκ μεταξύ τους ονομάζεται κβαντική χρωμοδυναμική, QCD (Quantum ChromoDynamics).

Στη θεωρία αυτή το κουάρκ λέγεται ότι φέρει ένα φορτίο χρώματος κατ’ αναλογία με το ηλεκτρικό φορτίο. Η ισχυρή δύναμη μεταξύ των κουάρκ ονομάζεται συχνά δύναμη χρώματος.
Κάθε στοιχειώδες σωματίδιο μπορεί να έχει μάζα, ηλεκτρικό φορτίο, χρωματικό φορτίο και ασθενές φορτίο. Βέβαια, ένα ή περισσότερα από αυτά μπορεί να είναι μηδενικά.

Ο συνδυασμός της ηλεκτρασθενούς θεωρίας και της QCD για την ισχυρή αλληλεπίδραση αποτελεί αυτό που η φυσική υψηλών ενεργειών παραδέχεται ως καθιερωμένο πρότυπο.

Τα βασικά στοιχεία της μπορούν να συνοψισθούν:
Η ισχυρή δύναμη, που διαδίδεται από τα γλοιόνια, συγκρατεί τα κουάρκ συνδεδεμένα μεταξύ τους, για να σχηματίσουν σύνθετα σωματίδια, όπως είναι τα πρωτόνια, τα νετρόνια και τα μεσόνια.

Τα λεπτόνια συμμετέχουν μόνο στις ηλεκτρομαγνητικές και τις ασθενείς αλληλεπιδράσεις.
Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη διαδίδεται από φωτόνια.
Η ασθενής δύναμη διαδίδεται από τα μποζόνια W και Z.
Το καθιερωμένο μοντέλο δεν δίνει απαντήσεις σε όλες τις ερωτήσεις.
Το μοντέλο αυτό μαζί με το μηχανισμό του Higgs δίνουν μια λογικά συνεπή ερμηνεία της μεγάλης μάζας των μποζονίων W και Ζ.
Αυτό το μποζόνιο Higgs είναι, όπως είπαμε και παραπάνω, που ανακαλύφθηκε.

Παντελής Σαββίδης
Δημοσιεύτηκε στη Μακεδονία της Κυριακής 08/07/2012

Πηγή/φωτό: Ανιχνεύσεις

Πίσω στη λίστα

Σχετικά άρθρα