Η στιγμή της αλήθειας για το μποζόνιο Higgs πλησιάζει στον LHC

Οι βασανιστικοί υπαινιγμοί για την ύπαρξη του μποζονίου Higgs θα επιβεβαιωθεί ή θα αποκλειστεί στον LHC κατά τους προσεχείς μήνες, λένε τώρα οι ερευνητές. Το μποζόνιο Higgs ως γνωστόν προβλέπεται από μια θεωρία που ξεκίνησε τη δεκαετία του 1960 από έξι φυσικούς, συμπεριλαμβανομένου και του Peter Higgs που έδωσε το όνομα του στο μποζόνιο. 

Οι φυσικοί στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων είναι πεπεισμένοι ότι είναι ακόμη πιο κοντά στην απάντηση ενός από τα πιο βαθιά ερωτήματα στη φυσική σωματιδίων: υπάρχει το μποζόνιο Higgs;

Μιλώντας σε ένα συνέδριο στο Παρίσι οι ερευνητές ανέφεραν ότι έχουν στενέψει πολύ τα όρια της μάζας που μπορεί να έχει το φευγαλέο σωματίδιο Higgs.

Τα τελευταία αποτελέσματα περιλαμβάνουν ορισμένες ενδείξεις ότι το σωματίδιο θα μπορούσε να παραμονεύει στο ελαφρύτερο όριο του φάσματος των μαζών, όμως κρίνεται απαραίτητη η συνέχιση των εργασιών κατά τους επόμενους μήνες, για να επιβεβαιώσουν ή να αποκλείσουν αυτά τα αδύναμα σήματα.

Ο επιταχυντής LHC ως γνωστόν βάζει τα πρωτόνια να συγκρούονται  με μια ταχύτητα κοντά σε αυτήν του φωτός για να αναδημιουργήσουν στο μικρόκοσμο τις συνθήκες που υπήρχαν ένα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Αυτές οι μικροσκοπικές πύρινες βολίδες είναι συμπυκνωμένη ενέργεια σε πολύ γνωστά μας υποατομικά σωματίδια, αλλά οι επιστήμονες ελπίζουν ότι ανάμεσά τους θα δουν κι άλλα πιο εξωτικά σωματίδια, όπως το μποζόνιο Higgs.

 Το μποζόνιο συνοδεύει μια θεωρία που ξεπρόβαλλε το 1964 από έξι φυσικούς, συμπεριλαμβανομένου και του Peter Higgs στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου. Η θεωρία αυτή περιγράφει ένα αόρατο πεδίο που διαποτίζει όλον τον χώρο και προσδίδει μάζα στα θεμελιώδη σωματίδια.

Χωρίς το πεδίο αυτό, ή κάτι που να κάνει την ίδια δουλειά, τα στοιχειώδη σωματίδια δεν θα είχαν μάζα και θα κινούνταν πάντα με την ταχύτητα του φωτός.

Μιλώντας σε μια συνάντηση Φυσικής στο Παρίσι, ομάδες που εργάζονται σε δύο ανιχνευτές του LHC, τον ATLAS και τον CMS, ανέφεραν ότι είχαν ελέγχξει τα αποτελέσματα που είχαν συγκεντρώσει μέχρι τον Αύγουστο του τρέχοντος έτους.

Τα δύο πειράματα αποκλείουν την απλή έκδοση του μποζονίου Higgs μέσα σε ένα εύρος από τα 141GeV έως τα 476 GeV. Ένα GeV είναι περίπου ισοδύναμο με τη μάζα του πρωτονίου.

Το τεράστιο και πολύπλοκο έργο που συνδυάζει τα δεδομένα που συλλέγονται από τους δύο ανιχνευτές, είναι ένα κατόρθωμα που από μόνο του προετοιμάζει το έδαφος για τους φυσικούς ώστε να συνδυάσουν τα αποτελέσματα ολόκληρου του έτους, κατά τη διάρκεια των επόμενων μηνών.

“Μόλις θα έχουμε αναλύσει τα στατιστικά στοιχεία του 2011, ο συνδυασμός των δύο πειραμάτων μπορεί να επαναληφθεί", δήλωσε ο Guido Tonelli, εκπρόσωπος για την πειραματική συνεργασία CMS.

Ένας πρόγονος του LHC, μια μηχανή που είχε το όνομα Επιταχυντής Ηλεκτρονίων Ποζιτρονίων, είχε αποκλείσει την ύπαρξη του μποζονίου Higgs μέχρι τη μάζα των 114 GeV, αλλά είδαν κάποιους υπαινιγμούς του σωματιδίου, προτού αυτός κλείσει το 2000 για να προετοιμαστεί η κατασκευή του LHC.

Υπάρχει δηλαδή ελπίδα η μάζα του να βρίσκεται μεταξύ των 114 GeV έως 141 GeV. Ο Tonelli είπε ότι και οι δύο ανιχνευτές CMS και Altas έχουν μικρά σήματα στην περιοχή αυτή, αλλά κανένα πειστικό σήμα ακόμα. Τα σήματα που αναφέρονται ως "υπερβολικά γεγονότα", θα μπορούσαν να προκληθούν από το μποζόνιο Higgs καθώς αυτό θα διασπάται σε άλλα, πιο οικεία σωματίδια.

«Υπάρχει μια ευρεία περιοχή κάτω από τα 140 GeV και σε αυτή την περιοχή υπάρχουν τρεις υποπεριοχές στις οποίες τα υπερβολικά σήματα είναι λίγο πιο έντονα» είπε ο Tonelli.

"Μέχρι αυτά να είναι αρκετά ισχυρά ώστε να καταλήξουμε σε ένα συμπέρασμα, πρέπει να περιμένουμε. Το γεγονός ότι εξακολουθούμε να βλέπουμε αυτήν την υπερβολή, ακόμη και στα νέα δεδομένα, υπαινίσσεται ότι κάτι συμβαίνει εκεί ", πρόσθεσε.

Τον Σεπτέμβριο του 2011, οι διευθυντές του CERN ανέθεσαν τη σύνταξη έκθεσης από την επιστημονική επιτροπή, για την πολιτική που θα ακολουθηθεί αν αποτύχουν να βρουν το μποζόνιο Higgs μεταξύ 114 GeV και 600 GeV και πώς να ανακοινώσουν ένα τέτοιο ενδεχόμενο στο κοινό. Η έκθεση αναφέρει ότι «η εύρεση του μποζονίου Higgs, ακριβώς όπως προνοείται στο Καθιερωμένο Μοντέλο, θα ήταν ένας θρίαμβος. Ο αποκλεισμός του θα ήταν μια επανάσταση, απαιτώντας ξαναγραφτούν τα βιβλία."

Πηγή: The Guardian           Μετάφραση : Physics 4u

και λίγη περισσότερη θεωρία....

Μποζόνια: σωμάτια που υπακούουν στη στατιστική Bose-Einstein. Έχουν ακέραιο spin. Μποζόνια είναι όλα τα σωμάτια αλληλεπίδρασης (φωτόνια, γλοιόνια, βαρυτόνια, W+, W_, Z).
Καθιερωμένο πρότυπο (Standart Model) : η θεωρία που περιγράφει τα στοιχειώδη σωματίδια και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις , εκτός της βαρύτητας.Σύμφωνα με αυτό το πρότυπο υπάρχουν 12 στοιχειώδη σωμάτια ( δες φωτογραφία ) 6 λεπτόνια και 6 κουαρκς. Τα στοιχειώδη σωμάτια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με την ανταλλαγή μποζονίων.

Το καθιερωμένο πρότυπο

Μηχανισμός Higgs: εξηγεί πώς τα σωματίδια αποκτούν μάζα και γιατί οι μάζες τους είναι τόσο διαφορετικές. Το σωματίδιο Higgs είναι μία από τις συνιστώσες του πεδίου Higgs και η ύπαρξή του προβλέπεται από το Καθιερωμένο πρότυπο. Η εύρεση του σωματιδίου Higgs θα κλείσει ένα από τα ελάχιστα κενά του Καθιερωμένου προτύπου.
Επειδή ο χρόνος ζωής του σωματιδίου Higgs είναι πάρα πολύ μικρός η ανίχνευσή του θα παρατηρηθεί έμμεσα μέσω των προϊόντων που διασπάται και τα οποία είναι ανιχνεύσιμα.

Το σωματίδιο πήρε το όνομα του από τον Βρετανό επιστήμονα Πίτερ Χιγκς που ήταν ο πρώτος που μίλησε για αυτό πριν από 44 χρόνια. Το μποζόνιο Χιγκς είναι το μόνο από τα σωματίδια του Καθιερωμένου Μοντέλου που εξακολουθεί να διαφεύγει από τα όργανα παρατήρησης των ερευνητών. Αυτό συμβαίνει γιατί, σύμφωνα με τη θεωρία, εμφανίζεται μόνο σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες σαν αυτές που παρήχθησαν αμέσως μετά την Μεγάλη Έκρηξη.
Στα πειράματα που γίνονται με τον LHC γίνονται συνεχώς προσπάθειες αναδημιουργίας των συνθηκών που επικράτησαν όταν συνέβη η Μεγάλη Έκρηξη και έτσι πιστεύεται ότι είναι πολύ πιθανό να εντοπιστεί εκεί το μποζόνιο. Ο Πίτερ Χιγκς πιστεύει ότι με την χρήση του επιταχυντή στο CERN είναι πλέον θέμα χρόνου για να επιβεβαιωθεί και πειραματικά η ύπαρξη του μποζονίου που φέρει το όνομά του. Ο 82χρονος επιστήμονας ευελπιστεί ότι αυτό θα συμβεί σύντομα ώστε να προλάβει να πάρει στα χέρια του το Νόμπελ Φυσικής που θεωρείται βέβαιο ότι θα λάβει σε περίπτωση που κάνει την εμφάνιση του το μυστηριώδες σωματίδιο.

Στο παραπάνω σχέδιο μπορεί να καταλάβουμε  πώς το σωματίδιο Higgs δημιουργεί τη μάζα των άλλων σωματιδίων. Ο κενός χώρος παρομοιάζεται με μια παραλία γεμάτη με παιδιά. Ένα σωμάτιο που διασχίζει την περιοχή αυτή του χώρου παρομοιάζεται με την άφιξη ενός παγωτατζή. Η αλληλεπίδρασή του με τα παιδιά τον επιβραδύνει και τον κάνει να συμπεριφέρεται σα να απόκτησε μάζα.

Συχνά το σωματίδιο Higgs αναφέρεται ως σωματίδιο του Θεού. Αυτός ο χαρακτηρισμός ποτέ δεν δίνεται από επιστήμονες αλλά είναι μια "εξυπνάδα" των ΜΜΕ που εκμεταλλεύτηκαν (με κάκιστο τρόπο) ένα εκλαϊκευτικό βιβλίο του Lederman με αντίστοιχο τίτλο. Μάλιστα, είναι ενδιαφέρον να ακουστεί πώς μπήκε αυτός ο τίτλος ("The God Particle") στο βιβλίο Η αρχική πρόταση του Lederman ήταν "The Goddam Particle", δηλαδή το καταραμένο σωματίδιο, που ο εκδότης δεν το δέχτηκε και το άλλαξε σε God Particle !!!! Αυτά από μια συνέντευξη που είχε δώσει ο ίδιος ο Higgs . Την παραπάνω πληροφορία μου έδωσε ο Ν.Δ. Τράκας Αναπληρωτής καθηγητής του ΕΜΠ.

Σχετική  αρθρογραφία:

Physics ntua
Για τη Φυσική του Γιάννη Φιορεντίνου
Britannica 
Physics 4u
καθώς και το Εισαγωγή στη Σύγχρονη Φυσική Ι.Γραμματικάκη Εκδόσεις Δημόπουλου