Εξερευνώντας τη «σκοτεινή πλευρά» του μποζονίου Higgs

Παρόλο που ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) στοCERN έγραψε ιστορία το 2012, επιβεβαιώνοντας πειραματικά ότι το μποζόνιο Χιγκς όντως υπάρχει, αυτό το επίτευγμα κάθε άλλο παρά σημαίνει πως το λεγόμενο λανθασμένα  «σωματίδιο του Θεού» δεν συνεχίζει από αρκετές απόψεις να αποτελεί ερωτηματικό για τους επιστήμονες.
Έτσι, με την έναρξη της επαναλειτουργίας του LHC τον περασμένο μήνα, μετά την αναβάθμιση η οποία σχεδόν θα διπλασιάσει την ενέργεια των συγκρούσεων στο εσωτερικό του, οι φυσικοί που συμμετέχουν στο «πείραμα του αιώνα» ελπίζουν πως ανάμεσα σε άλλα θα μπορέσουν να ανακαλύψουν πολύ περισσότερα στοιχεία για τη φύση του σωματιδίου.
Το σωματίδιο Higgs αποτελούσε τον «χαμένο κρίκο» στο Καθιερωμένο Πρότυπο, δηλαδή το μοντέλο που περιγράφει τα «συστατικά» της ύλης και τους τρόπους που αυτά αλληλεπιδρούν. Με την επιβεβαίωση της ύπαρξής του, ουσιαστικά επαληθεύτηκε πειραματικά ο μηχανισμός που προσδίδει μάζα στην ύλη – και ο οποίος, μέχρι το 2012, ήταν απλώς μία θεωρητική υπόθεση.
Έτσι, όπως λέει χαρακτηριστικά στο σάιτ του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης η Ντανιέλα Μπορτολέτο, καθηγήτρια στο τμήμα φυσικής του Ιδρύματος, η ανακάλυψη του μποζονίου Χιγκς ήταν ένα γεγονός-ορόσημο για τη φυσική. Τώρα όμως, συμπληρώνει, θα πρέπει και να κατανοηθούν οι ιδιότητές του.

«Το σωματίδιο είναι πραγματικά εντυπωσιακό», σημειώνει. Για να το εξηγήσει, αναφέρει σαν παράδειγμα το σπιν του. Γνωστό στα ελληνικά και ως ιδιοστροφορμή, το σπιν είναι μία κβαντομηχανική ιδιότητα που έχουν όλα τα σωματίδια. «Το σπιν εξηγεί τη συμπεριφορά των στοιχειωδών σωματιδίων: σωματίδια που έχουν μάζα, όπως το ηλεκτρόνιο, έχουν σπιν 1/2. Επομένως, δύο ηλεκτρόνια δεν μπορούν να βρίσκονται στην ίδια κβαντική κατάσταση».
«Από την άλλη μεριά, φορείς των δυνάμεων, όπως το φωτόνιο που είναι υπεύθυνο για τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις, έχουν σπιν 1. Έτσι, με δεδομένο πως το μποζόνιο Χιγκς έχει σπιν 0, διαθέτοντας ωστόσο μάζα, δεν ανήκει σε καμία από τις δύο κατηγορίες».
Λόγω της φύσης του, το σωματίδιο Higgs ενδεχομένως να δώσει τη δυνατότητα στους επιστήμονες να κατανοήσουν τον κοσμικό πληθωρισμό, δηλαδή την απότομη διαστολή που γνώρισε το σύμπαν, σχεδόν αμέσως μετά τη «γέννησή» του. «Χάρις στο Χιγκς, αποκτούν μάζα τα ηλεκτρόνια, σχηματίζονται τα άτομα, και τελικά υπάρχουμε κι εμείς οι ίδιοι. Εντούτοις, γιατί τα στοιχειώδη σωμάτια έχουν τόσο διαφορετικές μάζες;», αναρωτιέται η φυσικός.
«Τα δεδομένα από τη δεύτερη φάση λειτουργίας του επιταχυντή θα μας επιτρέψουν να μελετήσουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια τις διασπάσεις του μποζονίου Χιγκς, με τις οποίες για παράδειγμα παράγονται ζεύγη κουάρκ. Θα μας δώσουν επίσης τη δυνατότητα να αναζητήσουμε για άλλα σωματίδια με ιδιότητες παρόμοιες με αυτό, αλλά και να εξετάσουμε μήπως το μποζόνιο διασπάται σε σκοτεινή ύλη».
Μαζί με άλλους συναδέλφους της και φοιτητές από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, η Μπορτολέτο συμμετέχει στην ομάδα που χρησιμοποιεί τον ανιχνευτή ATLAS στον LHC. Πέρα από τη μελέτη του μποζονίου Χιγκς, οι πρωτόγνωρες ενέργειες που θα πετύχει στη δεύτερη φάση του ο επιταχυντής, σύμφωνα με την ερευνήτρια οδηγούν τη φυσική σε «αχαρτογράφητα νερά». «Δεν ξέρουμε τι θα βρούμε από εδώ και πέρα, κάτι που κάνει τη νέα φάση των πειραμάτων ακόμη πιο συναρπαστική».
«Ελπίζουμε πως θα μπορέσουμε να βρούμε μερικές “ρωγμές” στο Καθιερωμένο Πρότυπο, καθώς υπάρχουν αρκετοί ακόμη γρίφοι για το σύμπαν μας, που δεν μπορούμε να απαντήσουμε».

Πηγή: Ναυτεμπορική  CERN