Η ΜΕΤ' ΕΜΠΟΔΙΩΝ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗ ΤΟΥ «ΣΩΜΑΤΙΔΙΟΥ ΤΟΥ... ΘΕΟΥ»

Ενώ όλα λειτουργούσαν στην εντέλεια στις πρώτες δοκιμές, που ξεκίνησαν στις 10 Σεπτεμβρίου 2008, για κάποιον ανεξήγητο τότε λόγο έπειτα από εννιά μόλις ημέρες ο μεγάλος επιταχυντής συγκρουόμενων δεσμών αδρονίων (LHC) τέθηκε εκτός λειτουργίας. Για ένα χρόνο ο υπερεπιταχυντής παρέμεινε ενοχλητικά «σιωπηλός» και μόνο πριν από δύο εβδομάδες τέθηκε εκ νέου σε λειτουργία. Διαψεύδοντας τις πολυάριθμες Κασσάνδρες (επιστημονικές και μη) και παρά τις εκνευριστικές αναβολές για τεχνικούς λόγους, το πολυαναμενόμενο «πείραμα του αιώνα» μπορεί επιτέλους να ξεκινήσει...

Δέσμες υποατομικών σωματιδίων διατρέχουν ξανά με ασύλληπτες ταχύτητες τον πιο μεγάλο επιταχυντή του κόσμου στο CERN. Μετά την απογοητευτική αναμονή 14 μηνών, στη διάρκεια των οποίων ο επιταχυντής και τα προγραμματισμένα πειράματα είχαν «μπει στο ψυγείο», η παγκόσμια επιστημονική κοινότητα δέχτηκε με μεγάλο ενθουσιασμό την είδηση ότι από τις 20 Νοεμβρίου μέχρι σήμερα ο ευρωπαϊκός υπερεπιταχυντής λειτουργεί χωρίς προβλήματα.

«Είναι εκπληκτικό να βλέπουμε ξανά τις δέσμες πρωτονίων να διατρέχουν τον επιταχυντή LHC», ήταν η πρώτη ενθουσιώδης δήλωση του Rolf Dieter Heurer, νέου γενικού διευθυντή του Ευρωπαϊκού Κέντρου Πυρηνικών Ερευνών της Γενεύης. Ο Heurer έκρινε επίσης απαραίτητο να προσθέσει: «Ακόμη δεν μπορούμε να πιστέψουμε πόσο τέλεια συμπεριφέρεται ο LHC μετά την επανενεργοποίησή του. Είναι φανταστικό! Παρ' όλα αυτά, θα συνεχίσουμε βήμα προς βήμα πριν ξεκινήσουμε το νέο έτος τα πραγματικά πειράματα Φυσικής».

Πράγματι, στις 20 Νοεμβρίου η πρώτη δέσμη πρωτονίων διέτρεξε όλη τη σήραγγα μήκους είκοσι επτά χιλιομέτρων του επιταχυντή, ακολουθώντας αρχικά τη φορά των δεικτών του ρολογιού και κατόπιν την αντίστροφη φορά. Μέσα στον LHC η ταχύτητα κυκλοφορίας των σωματιδίων αυξάνεται σταδιακά μέσω της βαθμιαίας αύξησης της ενεργειακής τάσης του επιταχυντή: από τα 450 δισεκατομμύρια ηλεκτροβόλτ (GeV) την πρώτη ημέρα της επαναλειτουργίας του, ανέβηκε στα 1.050 GeV, δηλαδή στα 1,05 τρισεκατομμύρια ηλεκτροβόλτ (TeV), την προηγούμενη Κυριακή.

Ομως τις πραγματικές δυνατότητές του ο επιταχυντής θα τις επιδείξει μόνο κατά τους τρεις πρώτους μήνες του νέου έτους: το 2010 ο LHC προβλέπεται ότι θα πραγματοποιεί συγκρούσεις δεσμίδων πρωτονίων, που θα κινούνται με αντίθετη φορά, με ενέργεια 3,5 TeV ανά δέσμη, δηλαδή 14 TeV συνολικά! Μόνο σε τόσο υψηλές ενέργειες θα είναι εφικτό να διαπιστωθεί η ύπαρξη ή όχι του περιβόητου «σωματιδίου του Θεού», αλλά και η σύνθεση της σκοτεινής ύλης (βλ. πλαίσιο)

Η «εωσφορική» μηχανή του CERN

Οι ανησυχίες και οι παράλογοι φόβοι ορισμένων «αδαών» περί της υποτιθέμενης συντέλειας του μάταιου τούτου κόσμου εξαιτίας της ενεργοποίησης του LHC, αντισταθμίζονται από την έντονη επιθυμία και τη μεγάλη ανυπομονησία της παγκόσμιας επιστημονικής κοινότητας για τα αποτελέσματα που ελπίζει ότι θα προκύψουν από το επονομαζόμενο «πείραμα του αιώνα». Για να αντιληφθεί και να κρίνει κανείς το ακριβές διακύβευμα αυτού του ερευνητικού προγράμματος οφείλει να γνωρίζει τις αρχές λειτουργίας, αλλά και τις πραγματικές δυνατότητες του LHC.

Ο μεγάλος επιταχυντής αδρονίων (LHC) είναι μια υπόγεια κυκλική σήραγγα βάθους 50-175 μέτρων κάτω από την επιφάνεια του εδάφους στα σύνορα της Ελβετίας και της Γαλλίας. Για την κατασκευή της έχουν δαπανηθεί μέχρι σήμερα 7 ή 8 δισ. ευρώ. Είναι ένα τούνελ συνολικού μήκους 27 χιλιομέτρων, γύρω από το οποίο έχουν τοποθετηθεί 1.292 τεράστιοι υπεραγώγιμοι μαγνήτες, ικανοί να δημιουργούν ένα ισχυρότατο μαγνητικό πεδίο (δεκάδες χιλιάδες φορές μεγαλύτερο από αυτό της Γης). Σε αυτή την κυκλική σήραγγα οι φυσικοί θα δημιουργήσουν δύο ταχύτατες αλλά αντίρροπες δέσμες πρωτονίων. Και ακριβώς αυτόν το σκοπό εξυπηρετούν οι γιγάντιοι μαγνήτες: να εξαναγκάσουν τα πρωτόνια να τρέχουν κατά δέσμες, ακολουθώντας μια ορισμένη πορεία, χωρίς να συγκρούονται στα τοιχώματα της σήραγγας.

Μέσα στον LHC οι δύο αντίρροπες δέσμες πρωτονίων θα ταξιδεύουν με ιλιγγιώδεις ταχύτητες (πολύ κοντά σε αυτή του φωτός) και θα συγκρούονται μεταξύ τους σε τέσσερα προκαθορισμένα σημεία του δακτυλίου του επιταχυντή. Σε αυτά τα τέσσερα προκαθορισμένα σημεία έχουν τοποθετηθεί περίπλοκες υπολογιστικές μηχανές, συνδεδεμένες με εξαιρετικά ευαίσθητες ανιχνευτικές συσκευές που θα καταγράφουν λεπτομερώς όλα τα μικροφυσικά συμβάντα που θα λαμβάνουν χώρα έπειτα από κάθε μετωπική σύγκρουση των αντίρροπων δεσμίδων πρωτονίων.

Σε αυτό ακριβώς το σημείο αρχίζει η δουλειά των ερευνητών. Χάρη στους γιγάντιους και υπερευαίσθητους ανιχνευτές αλλά και στα πρωτοποριακά υπολογιστικά συστήματα που δημιουργήθηκαν επί τούτου, οι φυσικοί ελπίζουν να ανακαλύψουν πολλά αόρατα στοιχειώδη σωματίδια, η ύπαρξη των οποίων, ενώ προβλέπεται από τη θεωρία, δεν έχει μέχρι σήμερα επιβεβαιωθεί ή διαψευσθεί πειραματικά. Για να ακριβολογούμε, ο LHC δεν είναι απλώς ο μεγαλύτερος και ισχυρότερος επιταχυντής του κόσμου, αλλά μια πολύπλοκη «μηχανή του χρόνου», που θα επιτρέψει στους ερευνητές να αναπαραγάγουν σε μικρογραφία τα όσα συνέβησαν στο πρώιμο Σύμπαν, αμέσως μετά το Big Bang: τη μεγάλη έκρηξη που υποτίθεται ότι δημιούργησε τα πάντα. Πράγματι, χάρη στον LHC οι φυσικοί θα πάνε κυριολεκτικά πίσω στον χρόνο, αναδημιουργώντας τις ακριβείς συνθήκες που επικρατούσαν στο σύμπαν ένα ή δύο τρισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου μετά τη μεγάλη έκρηξη!

Με τη βοήθεια του μεγάλου επιταχυντή οι ερευνητές των στοιχειωδών σωματιδίων ελπίζουν να βρουν κάποιες σαφείς απαντήσεις σε μια σειρά από βασανιστικά ερωτήματα: γνωρίζουμε ότι η ύλη αποτελείται από στοιχειώδη σωματίδια, πώς όμως αυτά τα στοιχειώδη σωματίδια αποκτούν μάζα και γιατί οι μάζες τους είναι τόσο διαφορετικές αλλά πάντα συγκεκριμένες; Υπάρχει άραγε το μποζόνιο του Χιγκς (Higgs boson), το περίφημο υποατομικό σωματίδιο που αποκαλείται και «σωματίδιο που Θεού» επειδή υποθέτουν ότι καθορίζει τη μάζα όλων των υλικών σωμάτων; Τι απέγινε η αρχική αντιύλη και γιατί στο Σύμπαν μας επικράτησε τελικά η ύλη; Από τι είναι φτιαγμένη η αόρατη εξ ορισμού «σκοτεινή ύλη» που, όπως ανακάλυψαν, κυριαρχεί στο Σύμπαν;

Γύρω από αυτά τα θεμελιώδη ερωτήματα έχουν τις τελευταίες δεκαετίες αναπτυχθεί οι πιο εξωφρενικές επιστημονικές εικασίες και θεωρίες. Το ποιες από αυτές αξίζει να επιβιώσουν στο μέλλον και ποιες θα απορριφθούν οριστικά και αμετάκλητα θα εξαρτηθεί, σε μεγάλο βαθμό, από τα πειραματικά δεδομένα που θα συσσωρευτούν τα αμέσως επόμενα χρόνια χάρη στον υπερεπιταχυντή του CERN. Επιπλέον, στα παραπάνω αμιγώς επιστημονικά οφέλη που θα προκύψουν από τη λειτουργία του LHC θα πρέπει να συνυπολογίσουμε και τους τεχνολογικούς νεωτερισμούς, που ενώ επινοήθηκαν για τις ανάγκες του πειράματος θα μετουσιωθούν στο άμεσο μέλλον σε προϊόντα της αγοράς.

Από το Blackout στο Big Bang

Στα όσα διακυβεύονται από την καλή λειτουργία του μεγάλου επιταχυντή, αλλά και από τις συνέπειες που είχε η διακοπή της λειτουργίας του για 14 μήνες, θα πρέπει να συμπεριληφθεί και το ανθρώπινο κόστος. Μιλάμε προφανώς για τους χιλιάδες ερευνητές και τεχνικούς που τα τελευταία χρόνια είχαν επενδύσει σε αυτό το ερευνητικό πρόγραμμα, και οι οποίοι από τη μια μέρα στην άλλη βρέθηκαν χωρίς ερευνητικό αντικείμενο.

Ολα ξεκίνησαν στις 19 Σεπτεμβρίου 2008 όταν διαπίστωσαν ότι ο ισχυρότερος επιταχυντής στον κόσμο παρουσίαζε σοβαρά προβλήματα εξαιτίας κάποιων δυσλειτουργιών στους γιγάντιους μαγνήτες. Πιο πρόσφατα, πάλι, οι υπεύθυνοι ανακάλυψαν έκπληκτοι ότι ένα κομμάτι ψωμί που είχε πέσει τυχαία (ίσως από το στόμα ενός πουλιού) στάθηκε ικανό να θέσει εκτός λειτουργίας το πολύτιμο σύστημα κατάψυξης της γιγάντιας μηχανής που υποτίθεται ότι κατασκευάστηκε για να διερευνά τη σύσταση του Σύμπαντος σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, όπως αυτές που υπήρχαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Εκρηξη!

Οι περισσότεροι εμπλεκόμενοι ερευνητές αποδίδουν την ευθύνη γι' αυτά τα δυσάρεστα «ατυχήματα», αλλά και για την πρώτη παταγώδη αποτυχία ενός καλοσχεδιασμένου ερευνητικού προγράμματος, στον Robert Aymar, τον προηγούμενο διευθυντή του CERN. Αυτός ο κατά τ' άλλα λαμπρός επιστήμονας πίεζε με όλα τα μέσα που διέθετε ώστε να τεθεί σε λειτουργία ο μεγάλος ευρωπαϊκός επιταχυντής πριν από τη λήξη του 2008, όποτε θα έληγε και η θητεία του ως διευθυντή του CERN! Και όπως, δυστυχώς, αποδείχτηκε, αυτή η ματαιοδοξία και η υπερβολική βιασύνη στοίχισαν πολύ ακριβά στο όλο εγχείρημα. Εκτός από τη μεγάλη καθυστέρηση και το προσωπικό κόστος των εμπλεκόμενων ερευνητών, οι αναγκαίες επιδιορθώσεις των βλαβών του LHC αυτό τον χρόνο στοίχισαν «μόνο» 20 εκατ. δολάρια.

Ομως, όλα αυτά τα εξαιρετικά δυσάρεστα γεγονότα θα ξεχαστούν μόλις ο ισχυρότερος επιταχυντής του κόσμου αρχίσει να αποκαλύπτει όλες τις εκπληκτικές του δυνατότητες. Πράγματι, αυτή η εκπληκτική «μηχανή», που θα μας επιτρέψει να αναπαραγάγουμε τις συνθήκες και τις διεργασίες της Μεγάλης Εκρηξης, δεν μπορεί παρά να ανοίξει νέους, απρόβλεπτους, ορίζοντες στην επιστήμη της Φυσικής.


Ο χαμένος κρίκος για την ενοποίηση των πάντων

Το μποζόνιο του Higgs ή «σωματίδιο του... Θεού», όπως συνήθως αποκαλείται για να υπογραμμισθεί ο θεμελιώδης ρόλος του στη σύσταση της ύλης, αποτελεί εδώ και πολλά χρόνια αντικείμενο ατελείωτων διενέξεων μεταξύ των θεωρητικών και των πειραματικών φυσικών.

Σύμφωνα με το λεγόμενο «καθιερωμένο πρότυπο» της σωματιδιακής φυσικής, η μεγάλη θεωρητική σύνθεση στην οποία κατέληξε η μικροφυσική του 20ού αιώνα, όλη η ύλη του Σύμπαντος αποτελείται από αδρόνια και λεπτόνια, δηλαδή από τα στοιχειώδη σωματίδια-φορείς των ισχυρών, ασθενών και ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων. Η επιτυχημένη αυτή θεωρία σκοντάφτει δυστυχώς σε δύο σοβαρά προβλήματα: α) δεν περιλαμβάνει τη βαρύτητα και τις πανταχού παρούσες βαρυτικές αλληλεπιδράσεις, και β) σκοντάφτει σε ένα πολύ σοβαρό παράδοξο.

Το παράδοξο είναι ότι οι θεμελιώδεις δυνάμεις στη σύγχρονη Φυσική παρουσιάζουν έναν υψηλό βαθμό συμμετρίας, κάτι που επιβεβαιώνεται αδιάκοπα από όλα τα πειραματικά δεδομένα. Το γεγονός όμως ότι όλα τα στοιχειώδη σωματίδια που συνθέτουν την ύλη διαθέτουν μία ορισμένη μάζα φαίνεται να αντιφάσκει με τη συμμετρία που παρατηρείται παντού. Για να αποφευχθεί η καταστροφή όλων των συμμετριών που παρατηρούνται στη φύση θα πρέπει να υπάρχουν ορισμένα ιδιόμορφα άγνωστα σωματίδια, που, σε αντίθεση με τα υπόλοιπα, δεν θα πρέπει να έχουν σπιν, δηλαδή ιδιοστροφορμή. Αυτά είναι τα περίφημα αόρατα «βαθμωτά σωματίδια Χιγκς», όπως ονομάστηκαν προς τιμήν του Peter Higgs, του διάσημου Σκωτσέζου φυσικού που τα επινόησε. Βέβαια η εισαγωγή, για καθαρά θεωρητικούς λόγους, νέων παράξενων σωματιδίων στη μικροφυσική είναι πάντα ανησυχητική, ιδιαίτερα όταν η ύπαρξή τους είναι αδύνατον να επιβεβαιωθεί ή να απορριφθεί πειραματικά. Πόσο μάλλον όταν το υποθετικό σωματίδιο του Χιγκς θεωρείται ο απαραίτητος κρίκος για την ενοποίηση όλων των θεμελιωδών δυνάμεων στη Φυσική! Αυτό το παράδοξο ελπίζουν να λύσουν οι ερευνητές χάρη στις ιδιαίτερα ακραίες φυσικές συνθήκες που μπορεί να δημιουργεί ο ευρωπαϊκός υπερεπιταχυντής. Κατά βάθος, ένας από τους βασικούς λόγους για τους οποίους κατασκευάστηκε ο LHC είναι για να επιβεβαιωθεί ή να διαψευσθεί οριστικά η πιθανότητα ύπαρξης του αινιγματικού σωματιδίου του Χιγκς, το οποίο γεννά τη μάζα όλων των υλικών σωμάτων. Η υπόθεση που θα διερευνήσουν είναι αν πράγματι τα στοιχειώδη σωματίδια αποκτούν μάζα χάρη στην ασθενή αλληλεπίδρασή τους με το πεδίο κενού μέσα στο οποίο υπάρχουν τα «σωματίδια του Θεού». Αν όλα αυτά σάς φαίνονται αφηρημένα ή κάπως αόριστα, σκεφτείτε, ως παρηγοριά, ότι με αυτό το τρελό μηχάνημα οι φυσικοί ίσως καταφέρουν να εξηγήσουν, μεταξύ άλλων, και τη σκανδαλώδη ποσότητα «σκοτεινής ύλης», η οποία, όπως υπολογίζεται, αποτελεί περισσότερο από το 90% της συνολικής ύλης του Σύμπαντος!

Εχετε φυσικά κάθε δικαίωμα να αγνοείτε τι είναι τα «σωματίδια του Χιγκς» και η «σκοτεινή ύλη». Εξάλλου, ακόμη και οι ειδικοί δεν γνωρίζουν, για την ώρα, πολύ περισσότερα από εσάς. Το βέβαιο πάντως είναι ότι δεν πρόκειται απλώς για αφηρημένες θεωρητικές κατασκευές. Αντίθετα, είναι, πραγματικά «σκοτεινές» οντότητες, οι οποίες επειδή γεμίζουν το σύμπαν τής πιο ανεπτυγμένης φυσικής επιστήμης μας, ενδέχεται να καθορίσουν τη μορφή, τη λειτουργία και την εξέλιξη που θα έχει τον 21ο αιώνα.
Πηγή: http://www.enet.gr