Η σκυτάλη στο CERN
O επιταχυντής στεγαζόταν σε μια υπόγεια κυκλική σήραγγα μήκους έξι χιλιομέτρων (Πηγή: Fermilab)
Μπατάβια
Tο κλείσιμο του επιταχυντή Tevatron στο εργαστήριο Fermilab σηματοδότησε και επίσημα το τέλος της αμερικανικής κυριαρχίας στη φυσική υψηλών ενεργειών.
Μέσα στην υπόγεια κυκλική σήραγγα των 6 χιλιομέτρων, οι τελευταίες δέσμες πρωτονίων και αντιπρωτονίων συγκρούστηκαν σε μια μεταλλική πλάκα λίγο μετά το μεσημέρι της Παρασκευής 30 Σεπτεμβρίου.
O Tevatron, κάποτε ο ισχυρότερος επιταχυντής του κόσμου, είχε πια ξεπεραστεί από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN, κάτω από τα σύνορα Γαλλίας και Ελβετίας.
Μετά την άρνηση του Κογκρέσου να διαθέσει τα 35 εκατ. δολάρια που απαιτούνταν για την παράταση της λειτουργίας του Tevatron έως το 2014, οι ερευνητές του Fermilab (Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή «Ενρίκο Φέρμι») θα στραφούν τώρα σε μικρότερα πειράματα.
«Τίποτα δεν παραμένει για πάντα στην αιχμή της επιστήμης» σχολίασε ο Πιέρ Οντόν, διευθυντής του Fermilab στο Μπατάβια του Ίλινοϊ. «Πρέπει τώρα να προχωρήσουμε σε τομείς της επιστήμης όπου μπορούμε να συμβάλλουμε» είπε.
Ο Tevatron αφήνει πίσω του μια πολύτιμη επιστημονική κληρονομιά, με σημαντικότερο ορόσημο την ανακάλυψη του top κουαρκ το 1995: είναι το βαρύτερο στοιχειώδες σωματίδιο που γνωρίζουμε ως σήμερα, το οποίο έχει μάζα όσο ένας πυρήνας χρυσού, συγκεντρωμένη όμως στον όγκο ενός πρωτονίου.
Στα δεδομένα που έχουν ήδη συλλέξει από τον επιταχυντή οι ερευνητές αναζητούν τώρα ενδείξεις για το μποζόνιο του Χιγκς, του οποίου η ανακάλυψη θα προσέθετε την τελευταία πινελιά στο Καθιερωμένο Μοντέλο της Σωματιδιακής Φυσικής.
Ακόμα όμως κι αν ανιχνευτούν ενδείξεις, η επιβεβαίωση της ανακάλυψης θα ήταν δουλειά του LHC.
Τα επόμενα πειράματα του Fermilab θα έχουν μικρότερο κόστος, όχι όμως και μικρότερη σημασία. Ένα από αυτά, με την ονομασία Minos, θα προσπαθήσει να επιβεβαιώσει ή να διαψεύσει τις πρόσφατες ενδείξεις για νετρίνα που ταξιδεύουν ταχύτερα από το φως.
Για να γίνει αυτό, μια δέσμη νετρίνων υψηλής έντασης θα ταξιδέψει από το Fermilab σε ένα ορυχείο της Μινεσότα 730 χιλιόμετρα μακριά.
Σε γενικές γραμμές, τα επόμενα προγράμματα του Fermilab θα εστιαστούν όχι στην αύξηση της ισχύος αλλά στην αύξηση της έντασης, δηλαδή στην αύξηση των σωματιδίων που παράγονται κάθε δευτερόλεπτο.
Παρόλα αυτά, αρκετοί από τους φυσικούς υψηλών ενεργειών που εργάζονταν στο Tevatron ετοιμάζουν τώρα βαλίτσες για το CERN.
Πηγή: Newsroom ΔΟΛ, με πληροφορίες από Associated Press
LHC: Σήραγγα μέχρι την αρχή του Σύμπαντος
Αποστολή στη Γενεύη: Βαγγέλης Πρατικάκης
Ήταν κάπως απογοητευτικό, έως και εκνευριστικό, όταν το μεγαλύτερο επιστημονικό όργανο του κόσμου χάλασε λίγο μετά τα εγκαίνιά του το Σεπτέμβριο του 2008.
Πάνω που ετοιμαζόμασταν να πάρουμε απαντήσεις σε θεμελιώδη, έσχατα ερωτήματα: Πώς η ύλη αποκτά τη μάζα της; Υπάρχουν κρυμμένες διαστάσεις στο Σύμπαν; Ποια είναι η φύση της μυστηριώδους σκοτεινής ύλης και της ακόμα πιο μυστηριώδους σκοτεινής ενέργειας; Πώς εξαφανίστηκε η αντιύλη του Σύμπαντος; Και πολλά ακόμα τέτοια.
Τουλάχιστον, στο διάστημα που μεσολαβεί από την περυσινή βλάβη μέχρι την επανεκκίνηση του συστήματος το φθινόπωρο του 2009, οι ερευνητές του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN δεν χάνουν το χρόνο τους.
«Η δουλειά μας συνεχίζεται κανονικά […] Παλιότερα, ένας νέος επιταχυντής θα χρειαζόταν μήνες δοκιμών μέχρι να αρχίσει να δίνει τα πρώτα αποτελέσματα. Με τον LHC, ευελπιστούμε ότι θα αρχίσουμε τα πειράματα αμέσως» δήλωσε στο in.gr o Σέρτζιο Μπερτολούτσι, διευθυντής Ερευνών και Υπολογιστικών Συστημάτων του CERN.
«Έχουμε τώρα αυτό το διάλειμμα, λόγω της βλάβης. Μακάρι να μην το είχαμε, αλλά για εμάς η δουλειά συνεχίζεται κανονικά» συμφώνησε ο καθηγητής Φυσικής Κώστας Φουντάς, ο οποίος άφησε τη θέση του στο Κολέγιο Imperial του Λονδίνου και μετακομίζει στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, ως διευθυντής της ομάδας φυσικής υψηλών ενεργειών.
«Έχουμε ήδη ξεκινήσει να σχεδιάζουμε τις αναβαθμίσεις του LHC για το 2015» εξήγησε. Η ομάδα του Δρ Φουντά σχεδίασε τη «σκανδάλη χαμηλού επιπέδου» για τον ανιχνευτή CMS, ένα προηγμένο υπολογιστικό σύστημα που θα παρακολουθεί 40 εκατομμύρια συγκρούσεις πρωτονίων το δευτερόλεπτο και θα αποφασίζει ποιες παρουσιάζουν ενδιαφέρον και πρέπει να καταγραφούν.
Αν όλα προχωρήσουν σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα, τα πρώτα αποτελέσματα θα είναι διαθέσιμα εντός του 2010.
Ο LHC βρίσκεται εγκατεστημένος μέσα σε μια υπόγεια κυκλική σήραγγα μήκους 27 χλμ, περίπου 100 μέτρα μέσα στο έδαφος κάτω από τα σύνορα Γαλλίας-Ελβετίας.
Μέσα στο τούνελ, δέσμες πρωτονίων που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις θα συγκρούονται με την ταχύτητα του φωτός, αναδημιουργώντας στιγμιαία τις συνθήκες που επικρατούσαν λίγες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Τα υποτατομικά συντρίμμια των συγκρούσεων θα ανοίξουν παράθυρο στη φύση του Σύμπαντος.
Τα ερωτήματα που θα μπορούσε να απαντήσει ο LHC είναι χονδρικά τα εξής:
Σωματίδιο Χιγκς: Το Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, δηλαδή το σύνολο των εξισώσεων που περιγράφει τα θεμελιώδη σωματίδια, λειτουργεί μια χαρά στο να περιγράφει τη φύση και να προβλέπει τα πειραματικά αποτελέσματα.
Πάσχει όμως από ένα «προβληματάκι»: για να λειτουργεί σωστά, η ύλη πρέπει να μην έχει μάζα, κάτι που προφανώς δεν ισχύει.
Το θεωρητικό σωματίδιο του Χιγκς θα διόρθωνε το Καθιερωμένο Μοντέλο, εφόσον βέβαια υπάρχει, και θα το γλίτωνε από την ολική κατάρρευση. Το «σωματίδιο του Θεού», όπως συχνά αποκαλείται, θα έδινε μάζα στην ύλη χωρίς να παραβιάζεται το Μοντέλο.
Το Χιγκς δημιουργεί ένα θεωρητικό πεδίο μέσα στο οποίο κινούνται τα άλλα σωματίδια. Ορισμένα από αυτά, όπως το φωτόνιο, μπορούν να ταξιδεύουν μέσα του χωρίς να συναντούν «αντίσταση», γι΄αυτό και δεν έχουν μάζα. Αλλα σωματίδια, όπως το πρωτόνιο, δυσκολεύονται να κινηθούν μέσα στο πεδίο και αποκτούν έτσι τη μάζα τους.
Αν το Χιγκς υπάρχει, ο LHC πιθανότατα θα το ανακαλύψει ?αν δεν βρεθεί στο CERN, δεν θα είχε νόημα να κατασκευαστεί ισχυρότερος επιταχυντής.
Αγνωστο παραμένει, όμως, αν υπάρχει ένα ή περισσότερα Χιγκς (αν υπάρχουν) και ποιες είναι οι μάζες τους.
Πολλοί θεωρητικοί φυσικοί είναι σίγουροι για την ύπαρξή του, άλλοι όμως διαφωνούν. Ρωτήσαμε τον Σέρτζιο Μπερτολούτσι εάν συμμερίζεται τη γνώμη του Σίβεν Χόκινγκ, ο οποίος έβαλε στοίχημα ότι το Χιγκς δεν θα βρεθεί. «Τείνω να συμφωνήσω μαζί του» απάντησε αβίαστα. «Αυτό όμως θα ήταν πιο ενδιαφέρον, αφού θα μας ανάγκαζε να αναθεωρήσουμε την εικόνα μας για το σύμπαν» πρόσθεσε.
Τα στοιχήματα αυτού του είδους «είναι απλές εικασίες» εκτιμά από την πλευρά του ο Δρ Φουντάς. Τα πειραματικά δεδομένα «δείχνουν ότι όντως κάτι υπάρχει, [ένα σωματίδιο] με μάζα 100-200 GeV [?] Το κατά πόσο πρόκειται για το Χιγκς μένει να το δούμε. Μπορεί όμως να είναι κάτι άλλο».
Ο κ.Φουντάς δεν συμφωνεί επίσης με την εκτίμηση ότι θα έχουμε την οριστική απάντηση σύντομα: «Ακόμα κι αν ο LHC βρει κάτι, θα περάσουν χρόνια μέχρι να επιβεβαιωθεί ότι πρόκειται για το Χιγκς». Οποιοδήποτε υποψήφιο σωματίδιο ανακαλυφθεί «πρέπει να αποδειχθεί ότι έχει τις ιδιότητες του Χιγκς» επισημαίνει.
Φαίνεται πάντως συγκρατημένα αισιόδοξος ότι οι θεωρητικές προβλέψεις για την ύπαρξη του Χιγκς τελικά θα αποδειχθούν σωστές, όπως συνέβη για παράδειγμα με το σωματίδιο w, το «τσαρμ» κουάρκ και το «τοπ» κουάρκ.
Υπερσυμμετρία: Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, για κάθε σωματίδιο του Καθιερωμένου Μοντέλου υπάρχουν στο Σύμπαν αντίστοιχα «υπερσυμμετρικά» σωματίδια.
Ο LHC θα μπορούσε μεταξύ άλλων να ανιχνεύσει το ελαφρύτερο από αυτά τα θεωρητικά σωματίδια, το ουδετερίνο, μια φευγαλέα οντότητα που δεν αλληλεπιδρά με την κανονική ύλη.
Σκοτεινή ύλη: Η ανακάλυψη του ουδετερίνου θα αποτελούσε σημαντικό νέο στοιχείο για τη φύση της αόρατης σκοτεινής ύλης. Εδώ και δεκαετίες, οι φυσικοί γνωρίζουν ότι η ύλη που βλέπουμε στο Σύμπαν δεν επαρκεί για να εξηγήσει τις κινήσεις των γαλαξιών. Η ύλη που βλέπουμε απλά δεν είναι αρκετή ?εκτιμάται ότι αντιστοιχεί μόλις στο 5% της συνολικής υλοενέργειας του Σύμπαντος.
Η υπόθεση που επικρατεί σήμερα είναι ότι υπάρχει στη φύση πολύ περισσότερη μάζα, δεν είναι όμως εύκολο να παρατηρηθεί επειδή έχει ιδιάζουσα σύσταση, δεν εκπέμπει ακτινοβολία και δεν αλληλεπιδρά με την ύλη που γνωρίζουμε.
Υπερσυμμετρικά σωματίδια όπως το ουδετερίνο θεωρούνται σήμερα υποψήφια συστατικά αυτής της σκοτεινής ύλης, η οποία εκτιμάται ότι είναι πέντε φορές περισσότερη από την ορατή ύλη.
Σκοτεινή ενέργεια: Οι κοσμολόγοι προέβλεπαν κάποτε ότι η διαστολή του Σύμπαντος θα επιβραδυνόταν λόγω της βαρύτητας, η οποία έλκει τα ουράνια σώματα μεταξύ τους. Έμειναν έκπληκτοι όταν διαπίστωσαν ότι στην πραγματικότητα η διόγκωση επιταχύνεται, και οι γαλαξίες απομακρύνονται μεταξύ τους όλο και ταχύτερα.
Η απάντηση που έχει προταθεί είναι η σκοτεινή ενέργεια: μια θεωρητική, απωστική πίεση που δρα αντίθετα στη βαρύτητα και συνεχώς τεντώνει το Σύμπαν.
Αυτή η μυστηριώδης δύναμη εκτιμάται ότι αντιστοιχεί στο 70% της υλοενέργειας του Σύμπαντος, με την ορατή και τη σκοτεινή ύλη να καλύπτουν το υπόλοιπο 30%.
Όμως η ύπαρξή της δεν έχει επιβεβαιωθεί και η φύση της παραμένει άγνωστη.
Επιπλέον διαστάσεις: Οι τέσσερις διαστάσεις που γνωρίζουμε (ο χρόνος και οι τρεις διαστάσεις του χώρου) δεν επαρκούν για τα ποικίλα μοντέλα της θεωρίας των χορδών.
Σύμφωνα με αυτές τις θεωρίες, τα σωματίδια δεν είναι σαν τα «μπαλάκια» που που φανταζόμαστε συνήθως, αλλά χορδές, που ταλαντώνονται με διαφορετικές συχνότητες.
Επομένως, τα θεμελιώδη συστατικά του Σύμπαντος δεν είναι τα σωματίδια του Καθιερωμένου Μοντέλου, αλλά η χορδή.
Ο LHC θα μπορούσε να ανακαλύψει τις κρυμμένες διαστάσεις που προβλέπουν οι θεωρίες των χορδών.
Η χαμένη αντιύλη: Στη Μεγάλη Έκρηξη που γέννησε το Σύμπαν, η ύλη και η αντιύλη υποτίθεται ότι δημιουργήθηκαν σε ίσες ποσότητες. Σήμερα, όμως, η αντιύλη είναι ουσιαστικά άφαντη. Απλά αγνοείται. Πώς εξηγείται αυτή η «ασυμμετρία» ύλης-αντιύλης;
«Το Καθιερωμένο Μοντέλο προβλέπει σπάσιμο της συμμετρίας, όχι όμως αρκετό για να εξηγήσει την απουσία αντιύλης» αναφέρει ο Δρ Φουντάς.
Απαντήσεις για το μυστήριο της χαμένης αντιύλης ίσως προκύψουν από τον ανιχνευτή LHCb του νέου επιταχυντή, ο οποίος σχεδιάστηκε ειδικά για τη μελέτη της αντιύλης, σε αντίθεση με τους τρεις ανιχνευτές «γενικής χρήσης», ATLAS, CMS και ALICE.