Όργιο φημών για το μποζόνιο Χιγκς

Τεράστιο ενδιαφέρον παρουσιάζει η αυριανή συνέντευξη στο CERN για την πορεία των ερευνών για το μποζόνιο Χιγκς

Το μεγαλύτερο και πιο χρονοβόρο «κυνηγητό» στην ιστορία της Φυσικής πλησιάζει ίσως στο τέλος του, καθώς αύριο ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικών Ερευνών (CERN) πρόκειται να κάνει μια σημαντική ανακοίνωση σχετικά με την πρόοδο των ερευνών για την εύρεση του μποζονίου του Χιγκς, του αποκαλούμενου και «σωματιδίου του Θεού».Οι φήμες οργιάζουν στη διεθνή επιστημονική κοινότητα ότι είναι πιθανό να δημοσιοποιηθούν σαφείς ενδείξεις - αν και όχι αποδείξεις - για την ανακάλυψη επιτέλους του υποατομικού σωματιδίου-φαντομά, πάνω στο οποίο στηρίζεται το οικοδόμημα της σύγχρονης Φυσικής (καθώς είναι το λεγόμενο «πεδίο Χιγκς» που προσδίνει μάζα στα άλλα σωματίδια της ύλης), αλλά το οποίο, προς το παρόν, παραμένει μόνο μία θεωρητική υπόθεση.
Διάχυτη είναι η εντύπωση που έχει δημιουργηθεί διεθνώς ότι οι δύο ανεξάρτητες επιστημονικές ομάδες, που εργάζονται αντίστοιχα στους ανιχνευτές ATLAS και CMS του CERN, οι οποίες μελετούν «ψύλλους στα άχυρα», φιλτράροντας μέσα από τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές τους στοιχεία από τουλάχιστον 300 τρισεκατομμύρια συγκρούσεις πρωτονίων στον μεγάλο υπόγειο επιταχυντή μήκους 27 χιλιομέτρων, τελικά έχουν αξιόπιστες ενδείξεις για την ύπαρξη του «Χιγκς» στην περιοχή μάζας περίπου των 125 GeV (γιγαηλεκτρονιοβόλτ), σύμφωνα με το «Nature», το «New Scientist», το «Scientific American» και τους «Τάιμς της Νέας Υόρκης».
Μέχρι σήμερα, τόσο οι έρευνες στο CERN, όσο και στον «ανταγωνιστικό» επιταχυντή Tevatron του αμερικανικού εργαστηρίου Fermilab (που πλέον έχει τεθεί εκτός λειτουργίας) έχουν οδηγήσει στο συμπέρασμα ότι το μποζόνιο του Χιγκς πρέπει να βρίσκεται μεταξύ των 115 και 140 GeV. Είναι πιθανό αύριο, για πρώτη φορά, να δοθεί επίσημα μια πιο συγκεκριμένη εκτίμηση για την μάζα του.
Μια μάζα των 125 GeV θα αποτελούσε καλά νέα και για την θεωρία της «υπερσυμμετρίας», που προβλέπει ότι σε κάθε σωματίδιο αντιστοιχεί ένα συμμετρικό αλλά βαρύτερο σούπερ-σωματίδιο, αλλά ίσως ευνοήσει και τη «θεωρία των χορδών», που αποτελεί μία επέκταση της «υπερσυμμετρίας». Άλλοι φυσικοί πάντως επισημαίνουν ότι ακόμα και μία μάζα των 125 GeV (περίπου 133 μεγαλύτερη από την μάζα ενός πρωτονίου) δεν θα σήμαινε ότι κατ' ανάγκη αποδεικνύει την ύπαρξη σούπερ-συμμετρικών σωματιδίων ή την ορθότητα της θεωρίας των χορδών.
Ακόμα όμως κι αν όντως αύριο επιβεβαιωθεί επίσημα ότι έχουν βρεθεί αυτές οι διασταυρωμένες ενδείξεις στο CERN, η οριστική «αναβάθμιση» της ανακάλυψης από τις ενδείξεις στις αποδείξεις θα γίνει εντός του 2012 και αφού προηγηθεί η περαιτέρω μελέτη των στοιχείων από τις συγκρούσεις των σωματιδίων.
Μέχρι τότε, συνεπώς, το θέμα δεν θα θεωρείται οριστικά λήξαν, ενώ κανείς δεν μπορεί να αποκλείσει ότι οι ενδείξεις -αν πράγματι ανακοινωθούν αύριο - θα θεωρηθούν τελικά αναπόδεικτες (μία στατιστική πλάνη), άρα θα πρέπει να αποκλειστεί τελείως η ύπαρξη του σωματιδίου. Αυτό θα έχει τεράστιες συνέπειες για τη σύγχρονη Φυσική και το λεγόμενο «Καθιερωμένο Μοντέλο» της, που περιγράφει τους θεμελιώδεις «δομικούς λίθους» της ύλης και τις σχέσεις των σωματιδίων με τις φυσικές δυνάμεις, καθώς οι επιστήμονες θα πρέπει πια να αναζητήσουν μία άλλη εξήγηση αναφορικά με το γιατί τα υποατομικά σωματίδια (και το σύμπαν συνολικά) έχουν μάζα.
Ο ίδιος ο γενικός διευθυντής του CERN, ο Γερμανός φυσικός Ρολφ Χόγιερ εμφανίστηκε συγκρατημένος, όπως πάντα, δηλώνοντας ότι η αυριανή ανακοίνωση είναι απίθανο να αποκαλύψει οριστικά δεδομένα για την ύπαρξη ή μη του επίμαχου σωματιδίου.
Ο Βρετανός φυσικός Πίτερ Χιγκς είναι αυτός πρώτος που πρότεινε την ύπαρξη του σωματιδίου, το οποίο πήρε τελικά το όνομά του, ενώ πέντε ακόμα επιστήμονες συνέβαλαν στη σχετική θεωρία για τον «μηχανισμό του Χιγκς», που περιγράφει την αλληλεπίδρασή του με τα άλλα σωματίδια. Αυτό σημαίνει ότι, αν βρεθεί το ομώνυμο μποζόνιο, η επιτροπή των Νόμπελ θα δυσκολευτεί να διαλέξει την τριάδα που θα μοιραστεί το βραβείο, αν και δύσκολα ο ίδιος ο Χιγκς δεν θα είναι ένας από τους τρεις.
Πάντως, ακόμα και αν βρεθεί το «σωματίδιο του Θεού», πάλι θα παραμένει ανοιχτό το ερώτημα όχι γιατί έχουν μάζα τα άλλα υποατομικά σωματίδια, αλλά γιατί έχουν τη συγκεκριμένη μάζα. Όπως δήλωσε η φυσικός του πανεπιστημίου Χάρβαρντ, Λίζα Ράνταλ, σύμφωνα με την θεωρία του κβαντικού πεδίου (που συνδυάζει την κβαντομηχανική και την ειδική σχετικότητα), οι μάζες αυτές θα έπρεπε να είναι χιλιάδες τρισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερες. Άρα, θα πρέπει να αναμένεται μελλοντικά μία ακόμα σημαντικότερη ανακάλυψη, πέρα από το «Χιγκς», που θα ερμηνεύσει καλύτερα το «Καθιερωμένο Μοντέλο».
Όπως δήλωσε ο διάσημος φυσικός Στίβεν Γουάινμπεργκ, του πανεπιστημίου του Τέξας, ένας από τους «πατέρες» του «Καθιερωμένου Μοντέλου» στη δεκαετία του ΄60, τυχόν αποκλεισμός της ύπαρξης του σωματιδίου του Χιγκς ανοίγει το δρόμο για την αναζήτηση μίας πιο «εξωτικής» Φυσικής, με περισσότερα υποατομικά σωματίδια, περισσότερες δυνάμεις και έξτρα διαστάσεις στην Φύση, από όσες είναι γνωστές ως τώρα.

Image: CERN/Claudia Marcelloni

Πηγή: AME ΑΠΕ
 http://www.newscientist.com/article/dn21259-what-if-there-is-no-higgs-boson.html
 http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=higgs-lhc
 http://www.physorg.com/news/2011-12-scientists-hints-elusive-particle.html

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