Ο επιταχυντής ενός εξωγήινου πολιτισμού τύπου ΙΙΙ

Την δεκαετία του 1970 η σωματιδιακή κοσμολογία γνώρισε μεγάλη ώθηση με την ανακάλυψη της ασυμπτωτικής ελευθερίας και την κατασκευή των πρώτων Μεγάλων Ενοποιημένων Θεωριών – συντομογραφικά GUTs – ένας όρος που επινοήθηκε από τον Δημήτρη Νανόπουλο.Η ασυμπτωτική ελευθερία αναφέρεται σε ένα απροσδόκητο φαινόμενο που εμφανίζεται σε ορισμένες κλάσεις θεωριών οι οποίες περιγράφουν τις αλληλεπιδράσεις σωματιδίων: η ένταση της αλληλεπίδρασης μειώνεται καθώς αυξάνεται η ενέργεια των σωματιδίων, αντί να αυξάνεται όπως συμβαίνει με τις περισσότερες δυνάμεις. Για πρώτη φορά, οι φυσικοί κατάφερναν να κάνουν ακριβείς υπολογισμούς για φαινόμενα όπως η ισχυρή πυρηνική δύναμη – που κρατάει τα κουάρκ δέσμια μέσα στα σωματίδια του πυρήνα όπως τα πρωτόνια και τα νετρόνια – αρκεί βέβαια να περιόριζαν τους υπολογισμούς σε πολύ υψηλές ενέργειες, πολύ μεγαλύτερες απ’ αυτές που μπορούσαν να πραγματοποιηθούν πειραματικά.
Η εισαγωγή των GUTs οδήγησε το ενδιαφέρον προς τις πολύ υψηλές ενέργειες. Οι φυσικοί θεωρούσαν ότι οι εντάσεις των τριών από τις θεμελιώδεις δυνάμεις – ηλεκτρομαγνητική, ασθενής και ισχυρή δύναμη – συνέκλιναν καθώς οι ενέργειες των σωματιδίων αυξανόντουσαν. Οι θεωρητικοί υπέθεταν ότι άπαξ και οι ενέργειες γίνονταν αρκετά μεγάλες, τότε οι τρεις δυνάμεις θα μπορούσαν να δρουν σαν μια ενιαία και μοναδική δύναμη. Η ενεργειακή κλίμακα στην οποία θα συνέβαινε αυτή η μεγάλη ενοποίηση ήταν κυριολεκτικά αστρονομική: περίπου 1024 ηλεκτρονιοβόλτ (1015 GeV), ή ένα τρισεκατομμύριο φορές υψηλότερη από τις μεγαλύτερες ενέργειες που είχαν πραγματοποιήσει οι φυσικοί χρησιμοποιώντας επιταχυντές σωματιδίων. Οι ενέργειες που απαιτούσαν οι GUTs ήταν αδύνατον να πραγματοποιηθούν στα επίγεια εργαστήρια, όμως κάποιοι ερευνητές υπέθεταν πως αν ολόκληρο σύμπαν ξεκίνησε με μια θερμή μεγάλη έκρηξη, τότε η μέση ενέργεια των σωματιδίων κατά την διάρκεια των πρώτων στιγμών του σύμπαντος θα ήταν εκπληκτικά υψηλή.
Έτσι, οι φυσικοί των στοιχειωδών σωματιδίων άρχισαν να μελετούν το πρώιμο σύμπαν: οι πρώτες στιγμές της μεγάλης έκρηξης θα τους πρόσφεραν «το εργαστήριο του φτωχού», που θα τους επέτρεπε να παρατηρήσουν αλληλεπιδράσεις υψηλότατων ενεργειών, που ήταν αδύνατον να αναδημιουργηθούν στην Γη.
Τίθεται λοιπόν το ερώτημα: θα ήταν δυνατή η κατασκευή επιταχυντών που θα παρήγαγαν ενέργειες της τάξης των 1015 GeV, έστω κι από έναν πολιτισμό τύπου ΙΙΙ; Και ποιες θα ήταν οι απαιτήσεις για μια τέτοια κατασκευή; Υπενθυμίζεται ότι πολιτισμός τύπου ΙΙΙ, θεωρείται εκείνος ο πολιτισμός, ο οποίος αφού έχει εξαντλήσει την ενέργεια ολόκληρου του πλανητικού του συστήματος, έχει αποικίσει τον γαλαξία του και μπορεί να ελέγχει και να καταναλώνει όλη την παραγόμενη ενέργεια ενός άστρου (σαν τον ήλιο μας).

Η κατανάλωση ενέργειας από τους τρεις τύπους πολιτισμών σύμφωνα με την κλίμακα Kardashev

Η μελέτη με τίτλο «The Undulator Radiation Collider: An Energy Efficient Design For A √ s = 1015 GeV Collider» απαντά στο παραπάνω ερώτημα και υποδεικνύει τους βασικούς παράγοντες που επηρεάζουν την κατασκευή ενός επιταχυντή που θα στόχευε την διερεύνηση των Μεγάλων Θεωριών Ενοποίησης. Οι σημαντικότεροι περιορισμοί αποδεικνύονται η απαιτούμενη ενέργεια και ο χρόνος που απαιτείται ώστε η δέσμη των σωματιδίων να αποκτήσει ικανή φωτεινότητα (ένα μέτρο της αποτελεσματικότητας με την οποία ένας επιταχυντής σωματιδίων παράγει γεγονότα σύγκρουσης). Ο επιταχυντής αυτός θα τροφοδοτείται από μια κατασκευή, σαν αυτές που περιέγραψε ο Dyson, όπου ένας προηγμένος πολιτισμός θα μπορούσε να περιβάλλει ένα άστρο με μια σφαιρική υπερ-κατασκευή, διαμέσου της οποίας θα γινόταν η χρήση του συνόλου της εκπεμπόμενης ενέργειας ενός άστρου.
Ο επιταχυντής που προτείνεται θα προκαλεί συγκρούσεις φωτονίων, τα οποία θα παράγονται ως ακτινοβολία σε κοιλότητα με μαγνήτες (undulator) από δέσμες μιονίων υψηλής ενέργειας. Το μήκος του επιταχυντή εκτιμάται στα 1015 μέτρα περίπου και θα χρειάζονται 400 χρόνια για την συλλογή δεδομένων ικανοποιητικής στατιστικής, εφόσον ο επιταχυντής χρησιμοποιεί το σύνολο της εκπεμπόμενης αστρικής ενέργειας! Και πριν αρχίσει αρχίσει η κατασκευή του επιταχυντή θα πρέπει να ξεκαθαριστούν διάφορα θέματα, όπως για παράδειγμα το ζήτημα της σταθερότητας του κενού κ.ά., όπως άλλωστε έγινε και με τον επίγειο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC).

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες ΕΔΩ: https://arxiv.org/pdf/1704.04469.pdf

Πηγή: physicsgg.me