Νέες ενδείξεις για το μποζόνιο Higgs

Η ύπαρξη του μποζονίου Χιγκς μπορεί να αποδειχθεί μόνο έμμεσα, από την ενέργεια που «χάνεται» στις συγκρούσεις του επιταχυντή

Είναι μια καλή μέρα για τον Βρετανό φυσικό Πίτερ Χιγκς, ο οποίος περιμένει σχεδόν μισό αιώνα για την επιβεβαίωση της θεωρίας του: Νέες ενδείξεις για την ύπαρξη του περίφημου μποζονίου του Χιγκς, το οποίο θα εξηγούσε πώς η ύλη αποκτά τη μάζα της, ανακοινώθηκαν από ερευνητές του αμερικανικού επιταχυντή Tevatron. Τα νέα δεδομένα βρίσκονται μάλιστα σε συμφωνία με τα πρόσφατα, προκαταρκτικά ευρήματα στο CERN.

Όπως ανακοίνωσαν οι Αμερικανοί ερευνητές στο συνέδριο Moriond που πραγματοποιείται στην Ιταλία, οι αναλύσεις υποδεικνύουν ότι το Χιγκς υπάρχει και έχει μάζα από 115 έως 135 GeV (ένα γιγαηλεκτρονιοβόλτ αντιστοιχεί χονδρικά στη μάζα ή την ενέργεια ενός πρωτονίου).

Κάτω από το επίσημο στατιστικό όριο

Τα δεδομένα είναι βέβαια ενθαρρυντικά, ακόμα όμως δεν έχουν επαρκή στατιστική αξιοπιστία - η τυπική απόκλιση (σ) περιορίζεται στο 2,2, αρκετά κάτω από το όριο του 5 που απαιτείται συνήθως για τις επίσημες ανακαλύψεις.

Ακόμα και η τιμή του 2,2 πάντως σημαίνει ότι υπάρχει μόνο μία περίπτωση στις 36 να οφείλονται τα αποτελέσματα στην καθαρή τύχη.

Και σίγουρα υπάρχει χώρος για αισιοδοξία, αφού η πιθανή μάζα που έδειξε για το Χιγκς ο Tevatron βρίσκεται σε συμφωνία με τις ενδείξεις που ανακοίνωσε το Δεκέμβριο το CERN, οι οποίες δίνουν ένα εύρος μάζας από 115 έως 127 GeV.

Στο νέο συνέδριο, πάντως, παρουσιάστηκαν αναθεωρημένες εκτιμήσεις από τα πειράματα CMS και ATLAS του CERN, οι οποίες δείχνουν ότι τα σήματα ήταν ασθενέστερα από ό,τι είχε αρχικά ανακοινωθεί. Η αναθεώρηση προς τα κάτω διατηρεί και ενισχύει τις επιφυλάξεις των ερευνητών και τίποτα δεν μπορεί ακόμα να θεωρηθεί δεδομένο.

Οι ισχυρότεροι επιταχυντές στον κόσμο

Ο Tevatron, που βρίσκεται στο εργαστήριο Fermilab του Ίλινοϊ, ήταν για περισσότερο από δύο δεκαετίες ο ισχυρότερος επιταχυντής του κόσμου. Έχασε όμως τα πρωτεία μετά τα εγκαίνια του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN και τέθηκε εκτός λειτουργίας το 2011.

Οι νέες ενδείξεις προέρχονται από τις τεράστιες ποσότητες δεδομένων που παρήγαγε ο επιταχυντής πριν κλείσει.

Σημασία έχει και το γεγονός ότι ο LHC και ο Tevatron είναι τελείως διαφορετικοί μεταξύ τους: στον LHC αναλύονται συγκρούσεις μεταξύ πρωτονίων, ενώ στον Tevatron συγκρούσεις ανάμεσα σε πρωτόνια και αντιπρωτόνια.

Εμμεση απόδειξη

Σε κάθε περίπτωση, το μποζόνιο του Χιγκς δεν μπορεί να ανιχνευθεί άμεσα: οι ερευνητές πρέπει να συμπεράνουν την ύπαρξή του από την ενέργεια που δείχνει να εξαφανίζεται στη διάρκεια των συγκρούσεων. Η «χαμένη» αυτή ενέργεια ισούται με τη μάζα του Χιγκς.

Το μποζόνιο του Χιγκς είναι το μόνο από τα σωματίδια του λεγόμενου Καθιερωμένου Μοντέλου -του συνόλου των εξισώσεων που περιγράφουν τη συμπεριφορά των θεμελιωδών σωματιδίων- του οποίου η ύπαρξη δεν έχει επιβεβαιωθεί ακόμα.

Η ύπαρξή του προτάθηκε τη δεκαετία του 1960 από τον Πίτερ Χιγκς, ο οποίος ήθελε να βελτιώσει το Καθιερωμένο Μοντέλο έτσι ώστε να εξηγεί γιατί η ύλη έχει μάζα.

Σύμφωνα με τον μεγάλο Βρετανό φυσικό, τα σωματίδια που γνωρίζουμε «κολυμπούν» μονίμως μέσα σε ένα πεδίο, το πεδίο του Χιγκς. Τα σωματίδια που δεν έχουν μάζα, όπως το φωτόνιο, περνούν μέσα από το πεδίο χωρίς καμία δυσκολία. Άλλα όμως, συναντούν αντίσταση, και όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση αυτή τόσο μεγαλύτερη είναι η μάζα τους.

Η ιδέα αυτή φαίνεται ότι είναι ο μόνος τρόπος με τον οποίο το Καθιερωμένο Μοντέλο θα μπορούσε να συμβιβαστεί με την ιδιότητα της μάζας. Αν τελικά οι φυσικοί δεν καταφέρουν να επιβεβαιώσουν τη θεωρία του Χιγκς, θα πρέπει να αναθεωρήσουν εκ βάθρων το μοντέλο.

Πηγή: Βήμα Science

http://moriond.in2p3.fr/

 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