Το “προφίλ” του μποζονίου Χιγκς. Ερωτήσεις και απαντήσεις

Μεγαλύτερο επίτευγμα του αιώνα μέχρι τώρα; Σπουδαία επιστημονική ανακάλυψη; “Θεϊκό σωματίδιο”;

Τις τελευταίες ημέρες το ζήτημα της εύρεσης του θρυλικού μποζονίου του Χιγκς, έχει λάβει εξέχουσα θέση στην ατζέντα των μίντια παγκοσμίως.

Και όχι άδικα.

Με την ανακάλυψη του συγκεκριμένου σωματιδίου, αυξάνονται οι πιθανότητες να κατανοήσουμε δυνάμεις που καθορίζουν την εξέλιξη του Σύμπαντος από τη στιγμή της δημιουργίας του μέχρι σήμερα.

Την Τετάρτη η επιστημονική κοινότητα ανακοίνωσε την ανακάλυψη ενός νέου υποατομικού σωματιδίου που θα μπορούσε να είναι το μποζόνιο του Χιγκς, ή αλλιώς, το σωματίδιο που αντιστοιχεί στο πεδίο του Χιγκς, το οποίο προσδίδει μάζα στην ύλη. Πρόκειται για ένα στοιχειώδες σωματίδιο, δεν έχει δηλαδή εσωτερική δομή και δεν αποτελείται από άλλα υποατομικά σωματίδια.

Ωστόσο, σύμφωνα με τους επιστήμονες απαιτούνται διαδικασίες επαλήθευσης  για να διασφαλισθεί ότι πρόκειται πραγματικά για τον κρίκο που λείπει στην αλυσίδα των στοιχειωδών σωματιδίων.

Το NEWS247 επικοινώνησε με τον Καθηγητή του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (Σχολής Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών –  Σ.Ε.Μ.Φ.Ε.), Νίκο Τράκα σε μια προσπάθεια περαιτέρω επεξήγησης του μποζονίου αλλά και της σημαντικότητας της ανακάλυψης του. Ο κ. Τράκας είναι International Particle Physics Outreach Group (IPPOG). Ήταν επίσης Επιστημονικός Συνεργάτης τη διετία 1985-1987 και Επισκέπτης Ερευνητής το 1990, 1996 και 2008 στη θεωρητική ομάδα του CERN.

“Το μποζόνιο Χιγκς, είναι αυτό που θέλουμε να είναι”

Τα μποζόνια (στοιχειώδη σωματίδια) λειτουργούν ως φορείς των φυσικών δυνάμεων και των αντίστοιχων πεδίων τους. Ο κ. Τράκας μας είπε:

“Ανακοινώθηκε όντως η εύρεση ενός σωματιδίου, το οποίο δεν ξέρουμε ακόμα αν είναι αυτό που περιμένουμε. Κατά πάσα πιθανότητα είναι”, απάντησε ο καθηγητής με μια σχετική επιφυλακτικότητα. “Πιο σημαντικό από την ανακάλυψη ή όχι είναι το εξής. Στην ουσία αναζητούμε εξισώσεις που να εξηγούν τη φύση. Κάνουμε μοντέλα. Παρατηρούμε στη φύση ότι τα σωματίδια έχουν μάζα. Από την άλλη μεριά τουλάχιστον μέχρι το 1965, οι εξισώσεις που είχαμε στα χέρια μας ήταν λάθος. Δεν μπορούσε κανείς να περιγράψει τα σωματίδια με μάζα. Τα μοντέλα μέχρι τότε ήταν ασυνεπή. Αυτό το κενό ήρθε να καλύψει η προσθήκη ενός νέου σωματιδίου”.

Το μποζόνιο Χιγκς είναι ανθρώπινη προσθήκη

Στην ουσία η επιστημονική κοινότητα δημιούργησε ένα μοντέλο το οποίο θα έπρεπε να είναι πιο συνεπές, εξηγεί ο κ. Τράκας. “Κάπως έτσι δημιουργήθηκε ο μηχανισμός Χιγκς που όντως ήταν πάρα πολύ επιτυχής. Με την έρευνα φτάσαμε σε ένα μοντέλο που δούλευε πάρα πολύ καλά και κάπως έτσι αρχίσαμε να διερευνούμε το αν όντως υπάρχει αυτό το “κατασκευασμένο” σωματίδιο”. Κοινώς, ο Χιγκς πρότεινε ένα θεωρητικό παράδειγμα το οποίο μπορεί όμως εν τέλει να υπάρχει.

“Στη φυσική υπάρχουν πολλά θετικά και αρνητικά παραδείγματα τέτοιων θεωρητικών προτάσεων”, λέει ο καθηγητής του ΕΜΠ. “Για παράδειγμα, ακόμα και στις έρευνες για τα μόρια και τα άτομα που ξεκίνησαν από τον 18ο αιώνα, υπήρχαν λάθος και αντικρουόμενα αποτελέσματα.  Ωστόσο το θετικό, το σημαντικότερο, είναι ότι η ίδια η έρευνα και η μελέτη μας ανοίγει ορίζοντες”. Το ζήτημα είναι ότι η επιστημονική κοινότητα έπρεπε να ανακαλύψει τι πραγματικά υπάρχει κάτω από τον μηχανισμό που πρότεινε ο Χιγκς. “Έτσι έγιναν περισσότερες έρευνες και φαίνεται τελικά ότι το σωματίδιο υπάρχει”.

Πρακτικά τι θετικά έχει η ανακάλυψη;

“Η έρευνα που επιτελείται στο CERN είναι αυτό που αποκαλούμε βασική έρευνα. Ο σκοπός είναι η παραγωγή γνώσης και δεν υπάρχει αρχικά καμία πρακτική εφαρμογή. Καμία. Παρόλα αυτά, πολλές πρακτικές εφαρμογές εμφανίζονται εκ των υστέρων. Για παράδειγμα, το CERN ανακάλυψε το WWW (World Wide Web) για άλλο λόγο,  η Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίου (PET) χρησιμοποιεί όργανα (ανιχνευτές) που βασίζονται στη μέθοδο παρατήρησης σωματιδίων”.

Θα μπορούσε να εφαρμοστεί λοιπόν στην ιατρική;

“Το ίδιο το σωματίδιο δεν θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί. Οι τεχνικές που αναπτύσσονται θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στην ιατρική” . Η σημαντικότητα της εύρεσης έχει να κάνει με την επιβεβαίωση πάντως του Καθιερωμένου Μοντέλου. Στην αρχική τους μορφή, οι εξισώσεις του μοντέλου λειτουργούσαν μόνο αν η μάζα απουσίαζε από όλα στοιχειώδη σωματίδια. Ο μηχανισμός του Χιγκς προτάθηκε προκειμένου να συμβιβάσει το Μοντέλο με την έννοια της μάζας, και το μποζόνιο του Χιγκς είναι το τελευταίο από τα στοιχειώδη σωματίδια του Μοντέλου του οποίου η ύπαρξη αποδεικνύεται πειραματικά. Αν η ύπαρξη του διαψευδόταν, οι θεωρητικοί φυσικοί θα αναγκάζονταν να εξετάσουν εναλλακτικές θεωρίες για τη μάζα. “Άρα μιλάμε για μια τεράστια επιτυχία”, λέει ο κ. Τράκας.

Λάθος ο προσδιορισμός, “σωματίδιο του Θεού”

Στο σημείο αυτό ο καθηγητής του ΕΜΠ, ανέφερε πως ο προσδιορισμός “σωματίδιο του Θεού”, είναι μιντιακό κατασκεύασμα εντελώς παραπλανητικό και λανθασμένη απόδοση του όρου. “Μεταφέρεται λάθος πληροφορία. Ποτέ από την επιστημονική κοινότητα δε χρησιμοποιείται τέτοιος όρος. Οι επιστήμονες πάντα το αποκαλούσαν “Σωματίδιο Χιγκς” και μόνο”. Και πως προέκυψε η ιστορία πίσω από όλο αυτό το όνομα; “Ο Lederman ένας μεγάλος Αμερικανός φυσικός, είχε γράψει ένα βιβλίο για το Χιγκς που το είχε ονομάσει “Το καταραμένο σωματίδιο” αρχικά. “The God damned particle” δηλαδή. Επειδή στον εκδότη δεν άρεσε το όνομα αυτό, το μετονόμασε σε “The God particle”. Αλλά επαναλαμβάνω, είναι λάθος μετάφραση, μια παρερμηνεία”.

Γιατί “δημιουργήθηκε” το σωματίδιο Χιγκς;

“Γνωρίζουμε ότι η ασθενής αλληλεπίδραση (μέσω λεπτομερών πειραματικών παρατηρήσεων) έχει μικρή ακτίνα δράσης. Επομένως, οι φορείς της W+, W- και Z0 θα πρέπει να έχουν μάζα. Η δυσκολία, λοιπόν, περιγραφής της ασθενούς αλληλεπίδρασης ως θεωρίας βαθμίδας είναι εύλογη: θεωρία βαθμίδας με φορέα που να έχει μάζα είναι απαγορευτική. Το ξεπέρασμα αυτής της δυσκολίας μπήκε στο τραπέζι της έρευνας έντονα όταν άρχισε η προσπάθεια ενοποίησης της (επιτυχημένης) θεωρίας βαθμίδας του ηλεκτρομαγνητισμού με μια αντίστοιχη για την ασθενή αλληλεπίδραση. Το πρόβλημα, για να το βάλουμε πάλι σε πιο χειροπιαστή όσο και απομυθοποιητική βάση, είναι η παρουσία, στις μαθηματικές εκφράσεις της θεωρίας βαθμίδας, όρου που να περιγράφει την μάζα του αντίστοιχου φορέα, με ταυτόχρονη όμως συμβατότητα με τους αυστηρούς κανόνες.

Η ιδέα του Άγγλου φυσικού Χιγκς (αλλά και των Brout, Englert, Guralnik, Hagen, Kibble και Nambu) είναι ακριβώς το ξεπέρασμα της δυσκολίας αυτής και η εμφάνιση όρου μάζας για τα σωματίδια φορείς της ασθενούς αλληλεπίδρασης. Ποια λοιπόν ήταν η ιδέα αυτή; Κατ’ αρχάς απαιτήθηκε η εισαγωγή στη θεωρία ενός νέου σωματιδίου με “παράξενες”, αλλά πλήρως συμβατές με τους αυστηρούς κανόνες, ιδιότητες. Το νέο σωματίδιο (το σωματίδιο Χιγκς ) διαφέρει τόσο από τα σωματίδια ύλης (κουάρκ και λεπτόνια) όσο και από τα σωματίδια φορείς των αλληλεπιδράσεων, αλληλεπιδρά δε μαζί τους”.

Αλλά, γιατί έως τώρα δεν έχουμε παρατηρήσει το σωματίδιο Χιγκς;

“Είναι δύσκολο και σπάνιο να παραχθεί. Για να παραγάγουμε ένα σωματίδιο στα πειράματα πρέπει να έχουμε διαθέσιμη ενέργεια κατ’ ελάχιστο ίση με το γινόμενο της μάζας του σωματιδίου επί το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός. Επομένως, αν το Χιγκς έχει μεγάλη μάζα, τα έως σήμερα πειράματα δεν είχαν την ικανότητα να το παραγάγουν. Πράγματι, οι θεωρητικές προβλέψεις για τη μάζα του Χιγκς  είναι τέτοιες ώστε να θεωρούμε ότι στα νέα πειράματα που ξεκίνησαν το 2009 στο CERN έχουμε επί τέλους ικανή ενέργεια να το παραγάγουμε και να το ανιχνεύσουμε”.

Υπάρχει το σωματίδιο στη φύση;

“Το σωματίδιο δεν υπάρχει στη φύση. Αυτή τη στιγμή στη φύση υπάρχουν μόνο τρία. Τα υπόλοιπα παράγονται”. Καταλήγοντας ο καθηγητής ανέφερε πως το μεγαλύτερο όφελος είναι η “μεγαλύτερη γνώση” και οι άπειρες δυνατότητες που ανοίγονται μπροστά μας από τη μελέτη και τη μεθοδολογία. Μέσα από τη μελέτη άλλωστε, όπως λέει, φτάσαμε στο σημείο το λέιζερ που χρησιμοποιείται στην ιατρική και όχι μόνο, “να πωλείται ακόμα και στα περίπτερα”. “Καμία εφαρμογή δεν υπάρχει που να μην ξεκίνησε από τη βασική έρευνα”, καταλήγει.

Τι είναι το CERN

To CERN (πλήρης τίτλος: Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire “Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικών Ερευνών”), είναι το μεγαλύτερο σε έκταση (πειραματικό) κέντρο πυρηνικών ερευνών και ειδικότερα επί της σωματιδιακής φυσικής στον κόσμο. Βρίσκεται δυτικά της Γενεύης, στα σύνορα Ελβετίας και Γαλλίας. Ιδρύθηκε το 1954 από δώδεκα ευρωπαϊκές χώρες και σήμερα αριθμεί 20 κράτη-μέλη*, μεταξύ των οποίων και η Ελλάδα, η οποία είναι και ιδρυτικό μέλος

Το CERN διαθέτει επιταχυντές σωματιδίων οι οποίοι ξαναδημιουργούν τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος. Γιγάντιοι ανιχνευτές παρατηρούν τι ακριβώς συμβαίνει όταν σωματίδια μεγάλης ενέργειας συγκρούονται μεταξύ τους.

Διαβάστε περισσότερες πληροφορίες για το σωματίδιο στο επιστημονικό άρθρο του κ. Τράκα, όπως δημοσιεύτηκε στη σελίδα της ” Ελληνικής Ομάδας Εκλαΐκευσης“.