Ξημερώνει μια νέα εποχή για τη σωματιδιακή φυσική αν βρέθηκε το Higgs

Τελικά όλα τα σημάδια δείχνουν ότι το πιο καταζητούμενο σωματίδιο του κόσμου τελικά ετοιμάζεται να δείξει το πρόσωπό του. Το ξεγύμνωμα του θα ανοίξει τις πόρτες σε ένα εντελώς νέο επίπεδο στην κατανόηση του σύμπαντος – και θα επιτρέψει να μελετηθεί με εξαιρετική λεπτομέρεια η προέλευση της ύλης.

Higgs_found_hereΟμάδες από τους δύο κύριους ανιχνευτές του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων πρόκειται να ανακοινώσουν τα τελευταία αποτελέσματα της έρευνας για το μποζόνιο Higgs, το κρίσιμο αλλά και φευγαλέο τελευταίο κομμάτι στο Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, σε ένα καυτό όπως αναμένεται σεμινάριο στο CERN κοντά στη Γενεύη στις 4 Ιουλίου.

Υπάρχουν βάσιμες υπόνοιες ότι οι φυσικοί έχουν βρεθεί πολύ κοντά του. «Είτε το Higgs υπάρχει είτε όχι, θα το γνωρίζουμε την Τετάρτη», λέει ο Carlo Rubbia, ένας φυσικός σωματιδίων και βραβευμένος με Νόμπελ.

Η σύλληψη του μποζονίου θα φέρει και το τέλος μιας επίπονης αναζήτησης του εδώ και 50 χρόνια, και θα συγκαταλέγεται στις μεγαλύτερες επιτυχίες για τη θεωρητική φυσική.

Ihiggs-boson-God-Particle Στην εικόνα ένας φυσικός εξηγεί το πείραμα ATLAS

Το μποζόνιο Higgs προτάθηκε το 1964, ως μέρος του καθιερωμένου μοντέλου, που περιγράφει πώς συμπεριφέρονται και αλληλεπιδρούν τα σωματίδια και οι δυνάμεις. Το μοντέλο αυτό είναι ένα από τα πιο επιτυχημένα στη φυσική. Όλα τα σωματίδια που προβλέπει τα έχουμε δει στους ανιχνευτές – εκτός από το μποζόνιο Higgs.

Αυτό είναι φυσικά ανησυχητικό. Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Μοντέλο, το μποζόνιο Higgs είναι η μικρότερη μονάδα του  πανταχού παρόντος πεδίου Higgs, και του έχει ανατεθεί ο ρόλος του να δίνει στα άλλα σωματίδια τη μάζα τους. Τα άμαζα σωματίδια όπως τα φωτόνια γλιστρούν μέσα από αυτό το πεδίο ως εάν το πεδίο να μην υπάρχει, ενώ τα σωματίδια με μάζα μοιάζουν σαν να κολυμπούν μέσα σε μελάσα. Χωρίς το πεδίο Higgs, δεν θα μπορούσε να υπάρχει ύλη, τουλάχιστον έτσι λέει η θεωρία.

Το εξοργιστικό είναι ότι ακόμα και το ίδιο το σωματίδιο Higgs υπόκειται σε αυτόν τον μηχανισμό, έτσι ώστε οι φυσικοί να μην μπορούν να προβλέψουν τη μάζα του. Κατά τα τελευταία 15 χρόνια, προσπάθησαν να παράγουν το σωματίδιο αυτό σε διάφορες επιταχυντές συντρίβοντας διαφορετικά σωματίδια μαζί – η ιδέα των φυσικών είναι να ‘ταρακουνήσουν’ το πεδίο Higgs ώστε να προτρέψουν στα μποζόνια του να εμφανιστούν. Το Higgs κατά το ίδιο γρήγορα θα διασπαστεί σε ένα πίδακα από άλλα σωματίδια: οι φυσικοί λοιπόν το αναζητούν μέσα από τα συντρίμμια που αποκαλύπτουν την παρουσία του.

Διπλό δεδομένα

Τον περασμένο Δεκέμβριο, τα δύο πειράματα για την ανακάλυψη του Χιγκς στον επιταχυντή LHC – στο CMS και στο ATLAS – ανέφεραν την παρουσία θραυσμάτων που υποδηλώνουν ένα Higgs με μάζα περίπου 125 GeV, αλλά δεν ήταν στατιστικά σημαντικό ώστε να διεκδικήσουν την σίγουρη ανακάλυψη. Η σύμβαση που υπάρχει στην κοινότητα των φυσικών είναι ότι όντως υπάρχει κάτι, όταν η στατιστική υπογραφή του σήματος ενός σωματιδίου είναι 5 σίγμα, που σημαίνει ότι η πιθανότητα να υπάρχει κάτι άλλο εκτός του Higgs, είναι λιγότερο από το 1 στο 1.000.000. Τα σήματα του Δεκεμβρίου ήταν περίπου δύο σίγμα.

Από τότε, ο LHC έχει συγκεντρώσει πολύ περισσότερα δεδομένα. Τον Απρίλιο του 2012 αύξησε την ενέργεια κατά την οποία συγκρούονται μαζί πρωτόνια από τα 7 έως τα 8 TeV, που αποτελεί ένα παγκόσμιο ρεκόρ στις ενέργειες. Σαν αποτέλεσμα, μεταξύ της 5ης Απριλίου και της 15 Ιουνίου, τα δύο πειράματα συνέλεξαν δύο φορές περισσότερα δεδομένα, από όλο το 2011, ώστε κατ ‘αρχήν, να διακηρύξουν οι φυσικοί την σχεδόν εύρεση του σωματιδίου.

Εάν η ανακοίνωση της Τετάρτης – 4 Ιουλίου 2012 -είναι ότι ανακαλύφθηκε το μποζόνιο,  τότε οι επιστήμονες μπορεί να ανοίξουν μεν σαμπάνιες, αλλά μετά θα σηκώσουν τα μανίκια τους. Η ανακάλυψη του Higgs θα ήταν ένα σπουδαίο επίτευγμα -, αλλά το σωματίδιο είναι περισσότερο ένα εργαλείο από αυτοσκοπό.

Το ίδιο το σωματίδιο Higgs μας δίνει την ευκαιρία της μελέτης του σπουδαίου πεδίου Higgs. Γιατί αυτό θα μπορούσε να μας οδηγήσει σε εξηγήσεις για το γιατί τα θεμελιώδη σωματίδια έχουν διαφορετικές μάζες.

Υπερσυμμετρική λύση

Στο απλούστερο δυνατό σύμπαν, οι φυσικοί πιστεύουν ότι, όλα τα σωματίδια πρέπει να έχουν την ίδια μάζα, εκτός αν κάτι – ίσως το πεδίο Higgs, ίσως κάτι άλλο – να τα κάνουν διαφορετικά.

Ακόμη πιο περίεργα, η θεωρία λέει ότι τα σωματίδια θα έχουν μάζες κοντά σε αυτή την τιμή που χρειάζονται για να καταρρεύσουν σε μαύρες οπές – αλλά προφανώς δεν το κάνουν. Αυτό το "πρόβλημα ιεραρχίας" για το πώς να κρατήσετε τα σωματίδια ελαφρά, και να διακρίνονται μεταξύ τους, είναι μία από τις μεγαλύτερες τρύπες στο καθιερωμένο μοντέλο, αλλά δεν είναι το μόνο. Το καθιερωμένο μοντέλο, επίσης, δεν μπορεί να εξηγήσει τη σκοτεινή ύλη, που πιστεύεται ότι αποτελεί το 85 τοις εκατό της ύλης του σύμπαντος, και δεν έχει τίποτα να μας πει για το θέμα της βαρύτητας. Γνωρίζοντας όμως τη μάζα του Higgs, θα πρέπει να οδηγηθούμε σε μια θεωρία που να περιλαμβάνει αυτές τις οντότητες.

Μια υποψήφια παράξενη θεωρία, η υπερσυμμετρία, θα μπορούσε να λύσει αυτά τα προβλήματα. Η θεωρία προβλέπει ότι κάθε σωματίδιο του καθιερωμένου μοντέλου έχει ένα βαρύτερο υπερεταίρο για να ισορροπεί. Το ελαφρύτερο από αυτά τα αθέατα σωματίδια (το νετραλίνο) θα μπορούσε να είναι υποψήφιο για την σκοτεινή ύλη.

Μέχρι στιγμής, όμως, κανένα υποψήφιο σωματίδιο δεν έχει εμφανιστεί. Στην απλούστερη έκδοση της υπερσυμμετρίας ένα Χιγκς με μάζα 125 GeV μπορεί να κάνει τους υπερεταίρους να είναι πολύ βαριά ώστε να μπορέσουμε να τα δούμε στον LHC. Που θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί δεν έχουν εντοπιστεί ακόμη. Αλλά αυτή η μάζα Higgs εισάγει επίσης νέα προβλήματα: είναι η δυσκολία να επιλυθεί το πρόβλημα της ιεραρχίας. Η γνώση της μάζας του Higgs θα μας επιτρέψει να αντικρούσουμε αυτές τις εκδόσεις της υπερσυμμετρίας με τα προβλήματα, και να φέρουμε άλλες επεκτάσεις στο Καθιερωμένο Μοντέλο.

"Το βασικό ερώτημα πηγαίνει πέρα ​​από το μποζόνιο Higgs," λέει ο θεωρητικός Howard Haber του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στη Σάντα Κρουζ. «Εάν τα δεδομένα την Τετάρτη παρουσιάζουν σημαντικές αποκλίσεις από το καθιερωμένο μοντέλο, τότε αρχίζουν οι αγώνες.»

Κι ένα καταπληκτικό βίντεο κόμικς για το Higgs

 

Advertisements

Σχολιάστε

Συνδεθείτε για να δημοσιεύσετε το σχόλιο σας:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s