Αρχική > επιστήμη > Μποζόνιο Ηiggs: βρέθηκε ή μήπως όχι; Higgs boson: A cause for celebration. But will it be our last great discovery? e.t.c., e.t.c.

Μποζόνιο Ηiggs: βρέθηκε ή μήπως όχι; Higgs boson: A cause for celebration. But will it be our last great discovery? e.t.c., e.t.c.

 

Higgs boson particle

The Istituto Nazionale di Fisica Nucleare was a key contributor to the discovery of the Higgs boson. Photograph: AFP/Getty Images

 

Γαλδαδάς Αλκης, ΤΟ ΒΗΜΑ 8.7.12

Το σωματίδιο που υποψιαζόμαστε ότι μεταβάλλει με τον τρόπο του τις ιδιότητες του χώρου έτσι ώστε τα πράγματα να έχουν ό,τι εμείς καθημερινά, χωρίς να το πολυσκεφτόμαστε, αποκαλούμε μάζα.

Μποζόνιο Ηiggs: βρέθηκε ή μήπως όχι;

Περιχαρής ο Πήτερ Χιγκς ξεναγείται στις εγκαταστάσεις του CERN. Πολλοί πιστεύουν ότι η ανακοίνωση της περασμένης εβδομάδας θα του χαρίσει άμεσα το βραβείο Νομπέλ

Οταν οι δύο αντίθετα πορευόμενες δέσμες πρωτονίων, καθεμιά από τις οποίες αποτελείται από 3.000 «νήματα» με 100 δισεκατομμύρια πρωτόνια το καθένα, έχουν επιταχυνθεί αρκετά και αφήνονται να συγκρουστούν, παράγονται τόσα «γεγονότα» από τις θραύσεις και τις διαδοχικές διασπάσεις των σωματιδίων ώστε χρειάζεται χώρος που αναλογεί στον χώρο περίπου ενός CD το κάθε δευτερόλεπτο για να χωρέσει τα πλέον αξιόλογα από αυτά τα γεγονότα, αυτά που θα μεταφερθούν με ειδικό δίκτυο στους υπολογιστές και από εκεί θα πάνε για να μελετηθούν από τους ερευνητές. Πρόκειται για ένα τεράστιο έργο και από τον Απρίλιο στο CERN εργάζονται περίπου δύο χιλιάδες άτομα σε καθέναν από τους δύο ανιχνευτές που έδωσαν τελικά μια πρώτη υπόσχεση ότι βρέθηκε ένα νέο σωμάτιο και κάποια από τα χαρακτηριστικά του μοιάζουν με όσα υποθέτουν οι θεωρίες ότι πρέπει να διαθέτει το περιζήτητο σωματίδιο του Higgs. Στις επόμενες σελίδες αναλύονται τα όσα ανακοινώθηκαν την περασμένη Τετάρτη στο CERN και οι επιπτώσεις τους στην εξέλιξη της Φυσικής.


Αγαπάει υπερβολικά μια φράση του ζωγράφου Paul Klee o από τον Ιανουάριο του 2009 γερμανός γενικός διευθυντής του CERN: «Η τέχνη δεν απεικονίζει το εμφανές αλλά (φροντίζει να) κάνει κάτι (που δεν ήταν πριν) εμφανές». Και αυτό γιατί ο 64χρονος σήμερα Rolf-Dieter Heuer πιστεύει πως και ο επιταχυντής, ο LHC (Linear Hadron Collider), κάνει το ίδιο σε σχέση με τη Φυσική.

Την Τετάρτη το πρωί στη Γενεύη παρακολουθήσαμε χάρη στην τηλεμετάδοση μέσω των υπολογιστικών δικτύων μια συνάθροιση χαρούμενων ανθρώπων. Ενώ η Ευρώπη δεν περνάει τις καλύτερες ημέρες της, ήταν εκεί συγκεντρωμένοι και πανηγύρισαν πολλοί από τους ερευνητές και τους τεχνικούς που πήραν μέρος στο κυνήγι του φευγαλέου σωματιδίου Higgs και μόχθησαν για να γίνουν μέσα σε μικρό χρονικό διάστημα μετρήσεις πρωτόγνωρες σε όγκο. Τις παρουσίασαν μέσα σε μιαν ατμόσφαιρα που είχε και συγκίνηση αλλά και κάποια μεγάλα λόγια. Κάπου, δηλαδή, η συμπεριφορά τους είχε και κάτι που παρέπεμπε σε φθηνή πολιτική, ίσως γιατί, όπως είναι φανερό, σε καιρούς μεγάλης οικονομικής κρίσης για ολόκληρη την Ευρώπη και όταν πρόκειται να κλείσεις από τον Ιανουάριο του 2013 για δύο χρόνια με σκοπό να ετοιμαστείς για αναβάθμιση των μηχανημάτων, πρέπει να κάνεις κάτι για να εντυπωσιάσεις λαούς και κυβερνήσεις, λίγο πριν πέσεις σε νάρκη. Για να μη βρουν την ευκαιρία να σου σταματήσουν τη χρηματοδότηση.

Το τελευταίο κομμάτι του παζλ;

Τι πιο εντυπωσιακό λοιπόν να ανακοινώσεις, έστω και με λίγα σχετικά στοιχεία, ότι βρέθηκε «κάτι» (άκρως) ενδιαφέρον, ένα κάτι που έλειπε από το προσεκτικά κατασκευασμένο στη διάρκεια των τεσσάρων τελευταίων αιώνων οικοδόμημα της Φυσικής. Επειδή συμβαίνει να (νομίζουμε πως) γνωρίζουμε από τι αποτελείται η ύλη του Σύμπαντος αλλά μόνο σε ό,τι αφορά την ορατή ύλη, ενώ καλύπτονται ακόμη από μυστήριο τα σχετικά με τη λεγόμενη «σκοτεινή ύλη» και την ενέργεια. Αλλά και από αυτό το 4% των υπαρχόντων στο Σύμπαν με τη μορφή ορατής ύλης μάς λείπει ακόμη μία βασική γνώση. Γνωρίζουμε ποια σωματίδια φτιάχνουν τον υλικό κόσμο γύρω μας αλλά δεν γνωρίζουμε τι είναι αυτό που τον κάνει να είναι… υλικός. Σήμερα σε ένα μεγάλο μέρος τους οι επιστήμονες καταλήγουν να πιστεύουν ότι το σωματίδιο του Higgs με τη δράση του και την επίδρασή του στα άλλα σωματίδια είναι η αιτία που αισθανόμαστε ότι τα περισσότερα πράγματα έχουν μάζα.

Λέμε «τα περισσότερα» διότι υπάρχουν και μερικά σωματίδια, όπως τα φωτόνια, που κινούνται με την ταχύτητα του φωτός και συμπεριφέρονται σαν να μην έχουν μάζα. Τα υπόλοιπα σωματίδια όμως λόγω ακριβώς της μάζας τους κινούνται με μικρότερες ταχύτητες. Αν δεν ήταν έτσι τα πράγματα, δεν θα υπήρχε το Σύμπαν διότι όλα τα υλικά σωματίδια θα έτρεχαν με την ταχύτητα του φωτός και δεν θα υπήρχαν οι κατάλληλες συνθήκες για να δημιουργηθούν άτομα και αυτά με τη σειρά τους να δώσουν μόρια και τελικά συμπαγή υλικά σώματα. Από το 1964 λοιπόν ο σκωτσέζος θεωρητικός φυσικός Peter Higgs αλλά και άλλοι τρεις τουλάχιστον την ίδια εποχή είχαν καταλήξει στο ότι έπρεπε να υπάρχει κάποιο σωματίδιο η επίδραση του οποίου στα υπόλοιπα, σύμφωνα με το λεγόμενο Καθιερωμένο Πρότυπο, που τα κατατάσσει σε ομάδες ανάλογα με τη συμπεριφορά τους, να τους δίνει αυτή τη μοναδική ιδιότητα, σε κάθε σημείο του χώρου, να έχουν δηλαδή «μάζα». Και ήταν ως σήμερα σχετικά με το σωματίδιο Higgs στον συνοπτικό πίνακα του καθιερωμένου μοντέλου πάντα ένα μικρό κενό ή μια αναφορά μέσα σε αχνό πλαίσιο. Από την Τετάρτη 4 Ιουλίου οι βιαστικοί λένε πως μάλλον δεν θα υπάρχει πλέον στο μέλλον αυτό το κενό στην ανθρώπινη γνώση…

Ο άθλος και η… βιασύνη

Στην παρουσίαση που έγινε την Τετάρτη, εκτός από τον Rolf-Dieter Heuer που είπε και την εξαιρετικά αμφιλεγόμενη φράση: «Εγώ ως απλός άνθρωπος (δηλαδή, όχι ως επιστήμονας) σας λέω πως, ναι, το έχουμε», βασικοί πρωταγωνιστές ήταν οι εκπρόσωποι των δύο ερευνητικών ομάδων που με διαφορετικές μεθόδους ανίχνευσης είχαν καταλήξει περίπου στα ίδια αποτελέσματα. Δηλαδή, όλον αυτόν τον καιρό σε δύο διαφορετικά και μάλιστα αντιδιαμετρικά σημεία της 27 χιλιομέτρων πορείας των επιταχυνόμενων σε αυτό, αντίθετα πορευόμενων και σε ένα σημείο συγκρουόμενων δεσμών πρωτονίων είχαν στηθεί δύο ανιχνευτές με διαφορετικό τρόπο λειτουργίας.

Δουλεύοντας ανεξάρτητα γύρω από αυτούς τους ανιχνευτές, δύο ομάδες αποτελούμενες από μερικές εκατοντάδες ερευνητές προσπαθούσαν να εντοπίσουν σε ποια ενεργειακή στάθμη είχαμε περισσότερα «γεγονότα». Διότι η αναζήτηση του περιβόητου σωματιδίου δεν γίνεται κατευθείαν ούτε με το πόσα γραμμάρια είναι. Δεν ψάχνουμε, δηλαδή, αν πέρασε από κάπου το ίδιο αλλά έχουμε πρώτα θεωρητικά υποθέσει πως, αν υπάρξει κάπου εκεί στον χώρο της σύγκρουσης των δεσμών, θα αποδομηθεί, και μάλιστα όχι με έναν αλλά με τουλάχιστον πέντε διαφορετικούς τρόπους (decay modes), δίνοντας μια σειρά από άλλα σωματίδια με συγκεκριμένη αλληλουχία. Για αυτές λοιπόν τις σειρές γεγονότων ψάχνουμε να βρούμε σε ποιες περιοχές ενέργειας εμφανίζονται και αναφερόμαστε μάλιστα στα αντίστοιχα «κανάλια». Γι’ αυτό και τα αποτελέσματα δίνονται με βάση στατιστικά δεδομένα.

Ανακοινώθηκε, δηλαδή, από την ομάδα του ανιχνευτή ATLAS ότι κατά τη γνώμη τους «τα σωματίδια που ανιχνεύθηκαν είχαν ενέργεια 125,3 γιγα-ηλεκτρονιοβόλτ και πρέπει να πρόκειται για κάτι καινούργιο με ιδιότητες μποζονίου». Η άλλη ομάδα του ανιχνευτή CMS αμέσως μετά, λίγο πιο τολμηρή στις εκφράσεις της, ανακοίνωσε πως «υπολογίζουμε την ενέργεια των ίδιων σωματιδίων σε 126,5 γιγα-ηλεκτρονιοβόλτ και πιστεύουμε πως μπαίνουμε στην εποχή των μετρήσεων για σωματίδια Higgs». Από αυτά καταλαβαίνουμε ότι στα χύμα λόγια αφήνουν να εννοήσει ο κόσμος ότι βρέθηκε το περιβόητο σωματίδιο και όλα εντάξει, αλλά στις γραπτές διατυπώσεις είναι πιο συγκρατημένοι διότι, σύμφωνα με διάφορες θεωρίες, μπορεί και να μην ισχύει ακριβώς το Καθιερωμένο Πρότυπο (η επικεφαλής της ομάδας CMS ήταν ιδιαίτερα «ανοιχτή» απέναντι σε μια τέτοια προοπτική) ή να υπάρχουν αρκετά περισσότερα Higgs σωματίδια με διαφορετικές μάζες και εκεί στο CERN να εντόπισαν (προς το παρόν) ένα από αυτά!

Απαρχή μιας νέας ερευνητικής εποχής

Οπως δήλωσε άλλωστε στο «Βήμα» λίγο μετά τη συνέντευξη Τύπου που παρακολουθήσαμε από την αίθουσα τηλεδιασκέψεων του Μετσόβιου Πολυτεχνείου ο κ. Νίκος Τράκας, καθηγητής Φυσικής και επικεφαλής της ομάδας εκλαΐκευσης για τα στοιχειώδη σωματίδια: «Σήμερα, 4 Ιουλίου 2012, τα δύο κύρια πειράματα, ATLAS και CMS, του επιταχυντή LHC στο CERN ανακοίνωσαν την παρατήρηση ενός νέου σωματιδίου με πολλές ομοιότητες με το λεγόμενο σωματίδιο Higgs, που αποτελεί το μόνο ελλείπον στοιχείο από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Το πρότυπο αυτό προτάθηκε τη δεκαετία του 1960 και συμφωνεί, με τεράστια ακρίβεια, με όλα τα πειραματικά δεδομένα που έχουμε τα τελευταία 30 χρόνια. Το σωματίδιο Higgs, και ο συνονόματός του μηχανισμός, επιτρέπει στο Καθιερωμένο Πρότυπο να περιγράψει σωματίδια με μάζα που παρατηρούμε στη φύση.

Οπως αναφέρθηκε στο σεμινάριο, θα χρειαστούν αρκετοί μήνες ακόμη για να μελετηθούν οι ιδιότητες του νέου σωματιδίου και να ελεγχθεί αν ταυτίζεται με το σωματίδιο Higgs του Καθιερωμένου Προτύπου ή αν ταυτίζεται με κάποια από τα σωματίδια τύπου Higgs που προτείνονται από πρότυπα πιο γενικευμένα από το Καθιερωμένο Πρότυπο, όπως το υπερσυμμετρικό καθιερωμένο πρότυπο, που εμπεριέχει την έννοια της υπερσυμμετρίας. Σε κάθε περίπτωση, η σημερινή ανακοίνωση (παρ’ όλες τις αντιδράσεις που εκδηλώθηκαν σε σχέση με το ότι ίσως ήταν πρόωρη και τα δεδομένα δεν συνηγορούν ανεπιφύλακτα για παρατήρηση νέου σωματιδίου) φαίνεται πως θα αποτελέσει την απαρχή μιας νέας ερευνητικής εποχής». Και τα λόγια του κ. Τράκα ίσως τα επιβεβαιώνει και η είδηση ότι μάλλον δεν θα σταματήσει η λειτουργία του επιταχυντή ακριβώς με το τέλος του 2012 αλλά μάλλον θα κρατηθεί ανοικτός για ακόμη τρεις μήνες ώστε να πραγματοποιηθούν ακόμη περισσότερες μετρήσεις και να υπάρξει περισσότερο υλικό προς επεξεργασία.

Συμπεράσματα

Καθώς τα χειροκροτήματα στη μεγάλη αίθουσα του CERN έχουν πια πάψει (είναι καλό που για μια φορά η Φυσική παίρνει τόσα χειροκροτήματα όσα και το ποδόσφαιρο, είπε σε μια στιγμή ο κ. Heuer) και όλοι επιστρέφουν στην πραγματικότητα και στις καθημερινές δουλειές τους, ας δούμε τι έχουμε αυτή τη στιγμή:

  • Πραγματικά βρέθηκε ένα καινούργιο σωματίδιο με μάζα περίπου 125 φορές πιο μεγάλη από αυτήν του πρωτονίου. Εχει, δηλαδή, αρκετή μάζα αλλά και εξαιρετικά σύντομο χρόνο ζωής.
  • Στην επίσημη ανακοίνωση του CERN αναφέρεται ότι «παρατηρήθηκε ένα σωματίδιο συμβατό με το αναζητούμενο σωματίδιο (Higgs)».
  • Ακόμη και αν δεν πρόκειται για το «αναζητούμενο», δεν βγαίνουμε χαμένοι αφού θα αναζητήσουμε μια καινούργια Φυσική που θα δέχεται τις ιδιότητές του και θα το τοποθετεί στη σωστή θέση. Γι’ αυτό και τα αποτελέσματα της Τετάρτης χαρακτηρίστηκαν μια περίπτωση win-win.
  • Το πεδίο που δημιουργεί ένα τέτοιο σωματίδιο θυμίζει πιο πολύ ένα πεδίο θερμοκρασιών. Σε κάθε σημείο, δηλαδή, αντιστοιχεί ένας αριθμός, μόνο που αντί για θερμοκρασία έχουμε τιμή μάζας. Θεωρείται όμως ότι, αν επαληθευτεί, πρόκειται για ένα, όπως το χαρακτηρίζουν, «θεμελιώδες» πεδίο και είναι το πρώτο που βγαίνει στην επιφάνεια και υπάρχουν πλέον ελπίδες ότι υπάρχουν και άλλα και πως θα βγουν στην επιφάνεια όπως αυτό το σχετικό με τη σκοτεινή ενέργεια.
  • Η προσδοκία για την ύπαρξη υπερσυμμετρικών σωματιδίων που βγάζουν από τα αδιέξοδα τις υπάρχουσες θεωρίες δεν εκπληρώθηκε ακόμη. Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι η υπερσυμμετρία είναι ήδη νεκρή, όπως ισχυρίζονται οι αντίπαλοί της.
  • Η γνωστή αντίδραση σε τέτοια γεγονότα «ε, και τι έγινε αν το βρήκαν;», όπως και οι συγκρίσεις για τα χρήματα που θα μπορούσαν να ξοδευτούν αλλού, δεν ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα. Διότι, για να επιτευχθούν οι σχετικές ανιχνεύσεις και μετρήσεις, χρειάζεται να βελτιωθούν μέσα στο CERN τεχνολογίες και να βγουν μετά στην κοινωνία προς όφελός της. Οπως έγινε ήδη με τον παγκόσμιο ιστό, την τομογραφία ποζιτρονίων και την τεχνολογία των μαγνητικών κυκλωμάτων. Και για να φθάσουμε να σκεφτόμαστε για τις ιδιότητες του σωματιδίου Higgs, έχουμε προχωρήσει παράλληλα σε πολλούς τομείς της Φυσικής.
  • Σίγουρα οι δύο ομάδες των ερευνητών μας έκαναν εμφανές αυτό που δεν βλέπαμε και έτσι, όπως είπε ο διευθυντής Ερευνας του CERN Sergio Bertolucci, ανιψιός του γνωστού σκηνοθέτη, «είναι δύσκολο να μην αισθάνεσαι ενθουσιασμένος με αυτά τα αποτελέσματα».

 

Γλωσσάρι

Το σωματίδιο του Θεού:
Είναι αυτό που δεν λένε σε καμία περίπτωση όσοι ξέρουν. Διότι ακριβώς ξέρουν ότι δεν υπάρχει τέτοια σχέση, συγγενική ή ιδιοκτησιακή. Αλλωστε υπό μια έννοια όλα δικά του είναι και όχι μόνον αυτό. Κάποτε ο ίδιος ο Higgs το απεκάλεσε «the goddamn particle», δηλαδή «το καταραμένο σωματίδιο», και ο εκδότης του για λόγους ευπρεπείας το έκανε «the God particle», οπότε στην Ελλάδα ανακατεύτηκαν, ως μη ώφειλαν βέβαια, με τη μετάφραση και τα Θεία. Σε έναν ειδικό προδίδεις την ασχετοσύνη σου αν μιλήσεις για το σωματίδιο του Θεού.

Σπιν:
Υπάρχει κάτι που λέγεται σπιν ή «ιδιοστροφορμή» των στοιχειωδών σωματιδίων. Ολοι δείχνουν ότι κατανοούν απόλυτα πως ένα τέτοιο σωματίδιο περιστρέφεται και ανάλογα με τη φορά και τον τρόπο περιστροφής του τού αντιστοιχεί κάποια τιμή. Η αλήθεια είναι ότι θα έπρεπε κάποιος να έχει σοβαρές απορίες για το πώς περιστρέφεται ένα τέτοιο απειροελάχιστο σωματίδιο και ακόμη περισσότερο θα έπρεπε να προβληματίζεται αν ήξερε ότι ακόμη και σε πλήρη ακινησία να ήταν πάλι θα είχε την ίδια τιμή το σπιν του.

Μποζόνιο:
Ανάλογα με το αν το σπιν τους (ιδιοστροφορμή) είναι κλασματικός αριθμός, π.χ. ½ ή 3/2, ή έχει ακέραια τιμή, π.χ. 0 ή 1, τα σωματίδια χωρίζονται σε φερμιόνια και σε μποζόνια αντιστοίχως. Αρα η έκφραση «μποζόνιο Higgs» παραπέμπει σε αυτή την πεζή εκ πρώτης όψεως ιδιότητα.

LHC:
Είναι τα αρχικά γράμματα από τις λέξεις Large Hadron Collider που σημαίνουν Μεγάλος Αδρονικός Επιταχυντής. Αδρόνια είναι τα σωματίδια που είναι ευαίσθητα και στην «ισχυρή πυρηνική δύναμη», πιο δυνατή από την ηλεκτρομαγνητική, αυτή δηλαδή που κρατάει κοντά-κοντά και τα πρωτόνια στον πυρήνα, ενώ θα περιμέναμε ως ομώνυμα να απωθούνται. Αδρόνια είναι, π.χ., τα νετρόνια και τα πρωτόνια. Ο LHC έχει ως βάση μια σχεδόν κυκλική υπόγεια διαδρομή, σε βάθος που ποικίλλει από τα 50 ως τα 175 μέτρα. Σε αυτήν είναι προσαρτημένες άλλες οκτώ περίπου κυκλικές τροχιές και οκτώ ευθείες. Εκεί μέσα επιταχύνονται πρωτόνια με ταχύτητες που φθάνουν το 99,999999% της ταχύτητας του φωτός, σε δύο αντίθετα κινούμενες δέσμες που συγκρούονται σε κάποιο σημείο. Οι επιταχύνσεις επιτυγχάνονται με τη βοήθεια τερατωδών σε μέγεθος και μαγνητική επαγωγή μαγνητών. Που, για να μην παρουσιάζουν θερμικές απώλειες, ψύχονται από υγρό ήλιο θερμοκρασίας -271,1 βαθμών Κελσίου.

GeV:
Το ηλεκτρονιοβόλτ είναι η μονάδα που κυκλοφορεί πιο πολύ στο CERN. Στην πραγματικότητα είναι μονάδα ενέργειας, αλλά σε αυτήν εκφράζονται και όλες οι μάζες των διαφόρων σωματιδίων. Πώς αυτό; Διότι μία από τις θεωρίες του Αϊνστάιν κάνει λόγο για την ισοδυναμία μάζας και ενέργειας, υπάρχει μάλιστα και ένας σχετικός τύπος στη Φυσική που μετατρέπει το ένα μέγεθος στο άλλο. Και στο CERN λοιπόν τα χρησιμοποιούν σαν να πρόκειται για τις δύο όψεις του ιδίου νομίσματος. Το GeV δηλώνει ότι πρόκειται για κάποια δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ.

Atlas και CMS:
Πρόκειται για δύο διαφορετικούς ανιχνευτές σωματιδίων. Ο Atlas έχει διάμετρο 25 μέτρων και μήκος 46. Ζυγίζει όσο εκατό κενά Boeing 747. Τον αποτελούν τέσσερα ξεχωριστά ομόκεντρα τμήματα. Για απευθείας ανίχνευση σωματιδίων, για μετρήσεις της ενέργειάς τους για μετρήσεις σε μιόνια. Ο CMS έχει άλλη μορφή, κάτι σαν ένα γιγάντιο σωληνοειδές με βάρος 12.500 τόνων και ικανότητα δημιουργίας μαγνητικού πεδίου τέσσερις φορές ισχυρότερου από αυτό της Γης.

Susy: Το χαϊδευτικό για τη Θεωρία της Υπερσυμμετρίας, που διατυπώθηκε για να βγάλει από τα αδιέξοδα τις θεωρίες τις σχετικές με τα στοιχειώδη σωμάτια. Ενώνει τα φερμιόνια με τα μποζόνια και απαιτεί την ύπαρξη για καθένα από αυτά που ήδη γνωρίζουμε την ύπαρξη ενός ακόμη αντίστοιχου με όλα τα χαρακτηριστικά ίδια εκτός από το σπιν, που διαφέρει κατά ½. Σχηματικά θα λέγαμε ότι, όπως η μηχανική του Νεύτωνα είναι κάτι σαν προσέγγιση της θεωρίας του Αϊνστάιν στις χαμηλές ταχύτητες, έτσι και το Καθιερωμένο Πρότυπο ίσως να είναι η σε χαμηλές ενέργειες προσέγγιση του γενικότερου Υπερσυμμετρικού Προτύπου. Προς το παρόν δεν έχει βρεθεί ούτε ένα υπερσυμμετρικό σωματίδιο. Μήπως είναι αυτό το προχθεσινό ένα από αυτά;

Σχολείο

Iστορικός υλισμός: Αναθεματισμένο μποζόνιο, επιτέλους σε είδαμε!

ΑΥΓΗ 08/07/2012

του Τζιορτζιο Παριζι και του Αντονελο Πολοζα

Φανταστείτε να πρέπει να διασχίσετε ένα μεγάλο δωμάτιο, κατάμεστο από κόσμο που στριμώχνεται. Θα το βρίσκατε πολύ κουραστικό να το διασχίσετε, υποχρεωμένοι να σπρώχνετε για ν’ ανοίξετε δρόμο στα λίγα διαθέσιμα διάκενα, κουραστικό περίπου όσο κι αν διασχίζατε το ίδιο δωμάτιο αλλά άδειο, κουβαλώντας στην πλάτη ένα σωρό περιττά πράγματα. Ωραία, σκεφτείτε τώρα ότι το σύμπαν διαπνέεται από ένα ισχυρό πεδίο το οποίο, όπως ένα κατάμεστο δωμάτιο, επιβραδύνει τους ανθρώπους ή, κυριολεκτικά, αναθέτει σε κάθε στοιχειώδες σωματίδιο μια σαβούρα, εκείνη που αποκαλούμε μάζα.

Τα στοιχειώδη σωματίδια (πρωτόνια, νετρόνια, ηλεκτρόνια, νετρίνα κτλ.) είναι τα θεμελιώδη δομικά υλικά, τα τούβλα του σύμπαντος, που γνωρίζουμε και, σαν τούβλα, έχουν μια μάζα που μπορούμε να μετρήσουμε. Σχηματικά, έτσι φαντάζονται οι φυσικοί τον μηχανισμό με τον οποίο παράγεται η μάζα των σωματιδίων. Αλλά μπορούμε να αποδείξουμε την ύπαρξη αυτού του πεδίου;

Ας γυρίσουμε στο παράδειγμα του κατάμεστου δωματίου. Οι άνθρωποι που βρίσκονται σ’ αυτό κουβεντιάζουν πολύ και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Υποθέστε ότι βρίσκεστε σε μια άκρη του δωματίου και ότι λέτε σ’ αυτόν που είναι πιο κοντά σας μια πικάντικη είδηση, με χαμηλή φωνή. Ο διπλανός σας θα θελήσει κι αυτός να τη διηγηθεί σε μια μικρή ομάδα, στους δικούς του διπλανούς, συγκεντρώνοντάς τους γύρω από αυτόν. Και αυτοί, με τη σειρά τους, θα κάνουν το ίδιο. Κανείς δεν μετακινείται από τη θέση του, αλλά η είδηση κυκλοφορεί, συσσωρεύοντας στη σειρά μικρές ομάδες ενδιαφερόμενων που τη διηγούνται χαμηλόφωνα.

Αν παρακολουθούσατε τη σκηνή από ψηλά, θα βλέπατε κάτι σαν συνάθροιση κοντινών κεφαλιών να διαδίδεται μέσα στην ανθρώπινη θάλασσα. Από αυτή την οπτική γωνία, φαίνεται καθαρά ότι το σμήνος θα είχε την ίδια δυσκολία να ανοίξει δρόμο μέσα στο δωμάτιο, σαν να επιβαρυνόταν και αυτό από ένα περιττό βάρος, τη μάζα του.

Στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στη Γενεύη εργάζονται για να καταφέρουν να αποδείξουν την ύπαρξη του «πεδίου Higgs», από το όνομα ενός από τους φυσικούς, που το μακρινό 1964 πρότεινε τον προαναφερόμενο μηχανισμό που προσδίδει μάζα στα στοιχειώδη σωματίδια. Η απόδειξη δόθηκε από την παρουσία του σωματιδίου (ή μποζονίου) του Higgs (η συνάθροιση που διαδίδεται στο πεδίο), μέσω των ιχνών που αφήνει η εφήμερη ύπαρξή του στις μεγάλες συσκευές μέτρησης που ψάχνουν τα προϊόντα των μετωπικών συγκρούσεων των πρωτονίων.

Σήμερα, ύστερα από μακρά αναμονή που διήρκησε όσα χρόνια χρειάστηκαν για να κατασκευαστεί ο LHC και τα περίπλοκα «μάτια» του (Atlas και Cms), η Φαμπιόλα Τζανότι και ο Τζόε Ινκαντέλα, εκπρόσωποι των ομάδων των δύο αυτών πειραμάτων, ανακοίνωσαν την ανακάλυψη ενός σωματιδίου, με μάζα 125 φορές περίπου εκείνης του πρωτονίου, που φαίνεται να είναι ένας εξαιρετικός υποψήφιος για το ρόλο του σωματιδίου Higgs. Αυτή η ανακάλυψη επιβραβεύει μια διαδρομή περίπου πενήντα ετών, που είχε στόχο να κατανοήσει την καταγωγή των δυνάμεων μεταξύ των στοιχειωδών σωματιδίων και της μάζας τους. Πολλοί φυσικοί ήταν έτοιμοι να στοιχηματίσουν ότι το σωματίδιο Higgs έπρεπε να υπάρχει: η θεωρία είχε πολλές άλλες πειραματικές επιβεβαιώσεις, που δυστυχώς όλες τους ήταν έμμεσες. Ωστόσο, υπάρχει μια θεμελιώδης διαφορά μεταξύ του να πιστεύεις στην ύπαρξη ενός σωματιδίου και να την αποδεικνύεις πειραματικά. Μέχρι σήμερα, ήταν πάντοτε ανοιχτό το ενδεχόμενο η συμφωνία της θεωρίας με τα πειράματα να ήταν μόνο συμπτωματική και η ανακάλυψη της «μη ύπαρξης» του μποζονίου του Higgs να γκρέμιζε την κατασκευή σαν πύργο από τραπουλόχαρτα.

Αυτό δεν έγινε. Με την ανακάλυψη του μποζονίου του Higgs κλείνει ένα μεγάλο κεφάλαιο της φυσικής: μένει να δειχθεί πειραματικά αν η τωρινή θεωρία περιγράφει με ακρίβεια όλα τα παρατηρούμενα φαινόμενα στο LHC ή αν, αντιθέτως, η θεωρία πρέπει να τροποποιηθεί ή να εμπλουτισθεί. Περιμένουμε να δούμε!

[Σχόλια και συζήτηση για το άρθρο στο ιστολόγιο των Ενθεμάτων]

Σχολείο

 

Higgs boson: A cause for celebration. But will it be our last great discovery?
  • 8 Jul 2012:

    Robin McKie: It will take more than this major scientific breakthrough to secure the continued quest for the cosmos’s secrets

Italian Higgs boson research body bears brunt of government cuts

8 Jul 2012:

Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, key contributor to discovery of ‘God’s particle’ will see its budget shrink in next three years

  • The Higgs boson discovery is another giant leap for humankind

    4 Jul 2012

    Themis Bowcock: The Cern discovery of the Higgs particle is up there with putting man on the moon – something all humanity can be proud of

  • Higgs boson: the human urge to visualise the particle is irresistible

    6 Jul 2012: Jonathan Jones: Framing the debate: It is a vindication of decades of theory and research, of modern science itself. So of course we want to see a picture of the boson 234 comments

  • Science Weekly Extra podcast: Higgs boson special

    Rolf-Dieter Heuer, director general of the European Organisation for Nuclear Research Audio (36min 33sec), 5 Jul 2012:

    Ian Sample meets Cern director general Rolf-Dieter Heuer and talks to one of the key scientists in the construction of the Large Hadron Collider

    11 comments

  • Higgs-like discovery from the inside

    4 Jul 2012:

    Jon Butterworth: Inventing a whole-universe-filling-field to make your maths come out right is quite extreme. But it might just have worked.

    38 comments

  • How to explain Higgs boson discovery

    4 Jul 2012:

    Everyone’s talking about the ‘God particle’ – but what if someone asks you to explain it. Well, it depends if it’s an A-level physics student or a religious fundamentalist. Just use our guide

    211 comments

  • Should people stop calling Higgs boson the ‘God particle’?

    Higgs boson evidence: a graphic showing traces of collision of particles Poll, 4 Jul 2012:

    As scientists at Cern have announced that the formerly theoretical Higgs boson actually exists, should its erstwhile nickname, the ‘God particle’, be dropped?

    777 comments

    Higgs boson evidence: a graphic showing traces of collision of particles

    Higgs boson evidence: a graphic showing traces of collision of particles similar to those created in the Large Hadron Collider. Photograph: Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images

    It’s a boson! But we need to know if it’s the Higgs

    Read more: "Higgsteria: Hunting the world’s most wanted particle"

    "As a layman, I would say, I think we have it," said Rolf-Dieter Heuer, director general of CERN at Wednesday’s seminar announcing the results of the search for the Higgs boson. But when pressed by journalists afterwards on what exactly "it" was, things got more complicated. "We have discovered a boson – now we have to find out what boson it is," he said cryptically. Eh? What kind of particle could it be if it isn’t the Higgs boson? And why would it show up right where scientists were looking for the Higgs? We asked scientists at CERN to explain.

    If we don’t know the new particle is a Higgs, what do we know about it?

    We know it is some kind of boson, says Vivek Sharma of CMS, one of the two Large Hadron Collider experiments that presented results on Wednesday. There are only two types of elementary particle in the standard model: fermions, which include electrons, quarks and neutrinos, and bosons, which include photons and the W and Z bosons. The Higgs is a boson – and we know the new particle is too because one of the things it decays into is a pair of high-energy photons, or gamma rays. According to the rules of mathematical symmetry, only a boson could decay into exactly two other photons.

    Anything else?

    Another thing we can say about the new particle is that nothing yet suggests it isn’t a Higgs. The standard model, our leading explanation for the known particles and the forces that act on them, predicts the rate at which a Higgs of a given mass should decay into various particles. The rates of decay reported for the new particle yesterday are not exactly what would be predicted for its mass of about 125 gigaelectronvolts (GeV) – leaving the door open to more exotic stuff. "If there is such a thing as a 125 GeV Higgs, we know what its rate of decay should be," says Sharma. But the decay rates are close enough for the differences to be statistical anomalies that will disappear once more data is taken. "There are no serious inconsistencies," says Joe Incandela, head of CMS, who reported the results on Wednesday.

    In that case, are the CERN scientists just being too cautious? What would be enough evidence to call it a Higgs boson?

    As there could be many different kinds of Higgs bosons, there’s no straight answer. An easier question to answer is: what would make the new particle neatly fulfil the Higgs boson’s duty in the standard model? Number one is to give other particles mass via the Higgs field – an omnipresent entity that "slows" some particles down more than others, resulting in mass. Any particle that makes up this field must be "scalar". The opposite of a vector, this means that, unlike a magnetic field, or gravity, it doesn’t have any directionality. "Only a scalar boson fixes the problem," says Oliver Buchmueller, also of CMS.

    When will we know whether it’s a scalar boson?

    By the end of the year, reckons Buchmueller, when at least one outstanding property of the new particle – its spin – should be determined. Scalars’ lack of directionality means they have spin 0. As the particle is a boson, we already know its spin is a whole number and as it decays into two photons, mathematical symmetry again dictates that the spin can’t be 1. Buchmueller says LHC researchers will able to determine whether it has a spin of 0 or 2 by examining whether the Higgs’ decay particles shoot into the detector in all directions or with a preferred direction – the former would suggest spin 0. "Most people think it is a scalar, but it still needs to be proven," says Buchmueller. Sharma is pretty sure it’s a scalar boson – that’s because it is more difficult to make a boson with spin 2. He adds that, although it is expected, confirmation that this is a scalar boson is still very exciting: "The beautiful thing is, if this turns out to be a scalar particle, we are seeing a new kind of particle. We have never seen a fundamental particle that is a scalar."

    If the Higgs is predicted by the standard model, how could a Higgs not be a standard-model Higgs boson? What other kinds are there?

    Although the Higgs is part of the standard model, some extensions to the standard model also contain Higgs particles, such as supersymmetryMovie Camera. In this theory, which is unproven but potentially more comprehensive because it contains dark matter, there is not one Higgs but several. Right now, it’s impossible to tell whether the boson reported at CERN on Wednesday is a lone actor, as specified by the standard model, or one of such a supersymmetric army. As Buchmueller says, this particle could still be an "alien or stranger".

    Which do scientists prefer – a standard-model Higgs boson or an alien?

    "I would be excited if it is a Higgs boson but perhaps not the standard-model Higgs boson," says Fabiola Gianotti, head of ATLAS, CERN’s other large LHC experiment, who presented the team’s Higgs results at the seminar. "Something that is a bit uncomfortable for the standard model." That would be a sign of physics beyond the standard model. Physicists currently know we need this, but don’t know where to look. A non-standard-model Higgs would give them a clue. Incandela is more equivocal. "As experimentalists, we really want to observe nature. We have no pre-judgement," he says. "I am just excited that we have a discovery."

    Peter Higgs: Boson discovery like being hit by a wave

    16:02 10 July 2012

    It has been a week to remember, the man who came up with the idea of the Higgs boson tells New Scientist in an exclusive interview

    Physicists propose factory to spew out Higgs particles

    16:13 05 July 2012

    A muon-antimuon collider might be a clever way to produce bucketloads of Higgs bosons, letting us study their properties

    see all related stories

    Celebrations as Higgs boson is finally discovered

    12:00 04 July 2012

    Almost 50 years after its existence was first predicted, the world’s most-wanted particle has been detected at the Large Hadron Collider
    Read more

    LATEST ON THE HIGGS
    What if we could split the Higgs boson?

    SPECIAL REPORT: 11:35 12 July 2012

    If the Higgs is actually a composite particle, it could lend weight to theories that explain dark matter and other mysteries

    Beyond Higgs: Deviant decays hint at exotic physics

    SPECIAL REPORT: 18:00 11 July 2012 | 4 comments

    Surprise behaviour from the new particle will help test theories that transcend the limits of the standard model of particle physics

    Higgs discovery: giants of physics overlooked

    12:50 11 July 2012 | 2 comments

    Did the work of Pakistan’s Abdus Salam and India’s Satyendranath Bose pave the way for last week’s discovery at CERN?

    Peter Higgs: Boson discovery like being hit by a wave

    16:02 10 July 2012 | 1 comment

    It has been a week to remember, the man who came up with the idea of the Higgs boson tells New Scientist in an exclusive interview

    It’s a boson! But we need to know if it’s the Higgs

    18:33 06 July 2012 | 2 comments

    What could the new particle be if it isn’t the Higgs boson? And why would it show up right where scientists were looking for the Higgs?

    Physicists propose factory to spew out Higgs particles

    16:13 05 July 2012

    A muon-antimuon collider might be a clever way to produce bucketloads of Higgs bosons, letting us study their properties

    Melbourne drinks to the Higgs while CERN lunches

    13:15 04 July 2012

    Tired red eyes gave way to rosy cheeks as physicists at a conference in Australia drank champagne to celebrate the finding of the Higgs boson

    Celebrations as Higgs boson is finally discovered

    11:52 04 July 2012

    Almost 50 years after its existence was first predicted, the world’s most-wanted particle has been detected at the Large Hadron Collider

    Gotcha! Higgs find will kick off new era of knowledge

    THIS WEEK: 17:27 03 July 2012 | 3 comments

    The 50-year particle hunt looks to be almost over but the Higgs games are only just beginning

    Birth of a boson: the Higgs has more than one daddy

    17:15 03 July 2012

    Ahead of a possible discovery of the Higgs boson, New Scientist speaks to two of the particle’s less-known fathers

    A brief history of a boson: Timeline of Higgs

    12:19 03 July 2012

    In the culmination of a 50-year quest, physicists at CERN are expected to announce the discovery of the Higgs boson – we show how they got there

    Higgs fever: Your guide to the most-wanted particle

    16:05 02 July 2012

    On Wednesday CERN will announce the latest results in the hunt for the Higgs boson. What’s technically possible – and what does it mean for the universe?

    Agent Higgs game turns real particle hunt on its head Movie Camera

    17:56 25 June 2012

    As the world waits for more news in the hunt for the Higgs boson, a simple mobile phone game encourages players to hide, not hunt, the particle

    Higgsteria rising as trouble brews for standard model

    17:37 19 June 2012 | 12 comments

    The elusive Higgs boson may soon be found, but the BaBar experiment hints at fresh mysteries for particle physics

    What to call the particle formerly known as Higgs

    18:00 20 March 2012 | 7 comments

    A rose by any other name might smell as sweet but, for this famous particle, a naming discussion hints at a complex past and trouble ahead

    Is the LHC throwing away too much data?

    THIS WEEK: 13:46 16 March 2012 | 1 comment

    The accelerator cannot save all of the data it takes, and one researcher worries it may be tossing out clues to new physics

    Higgs is not the only particle in town

    EDITORIAL: 00:00 14 March 2012 | 1 comment

    In fixating on the Higgs we risk losing out on more exotic particles

    Conflicting Higgs results muddy particle hunt

    14:30 07 March 2012 | 8 comments

    Researchers at the US-based Tevatron spot new hints of the Higgs boson, while an LHC experiment reports that an earlier signal is starting to fade

    Tevatron collider’s mighty boost for Higgs hunt

    16:33 05 March 2012

    Posthumous revelations from the late, great US particle-smasher look good for Higgs and the standard model of particle physics

    LHC boosts energy to snag Higgs – and superpartners

    17:57 13 February 2012 | 4 comments

    Physicists at the Large Hadron Collider hope that raising the energy of collisions still further will settle the question of the elusive Higgs particle

    What the latest LHC revelations say about the Higgs

    16:34 09 February 2012 | 21 comments

    Despite having no new data, the world’s largest particle smasher has released fresh analyses shedding some light on this most wanted of particles

    Read more about the Higgs boson

    RSS

    BIG PICTURE
    What is the Higgs boson and why does it matter?

    Theoretical physicist Lawrence Krauss explains the possible meaning and significance of finding the Higgs

    The truth hurts: LHC breaks supersymmetry’s beauty

    06:02 13 December 2011

    As the search for the Higgs continues, a beautiful theory is in doubt at CERN – pencils are being sharpened with rival interpretations, says Anil Ananthaswamy

    What Higgs result means for dark matter conspiracy

    Recent hints of a featherweight Higgs boson affect a possible link between the Higgs and dark matter

    VIDEO
    How the Higgs could explain secrets of the universe Movie Camera

    Find out how the discovery of the Higgs boson could be key to uncovering fundamental questions about our universe and the nature of reality
    Read more

    INTERVIEW

    Peter Higgs: Boson discovery like being hit by a wave

    It has been a week to remember, the man who came up with the idea of the Higgs boson tells New Scientist in an exclusive interview
    Read more

    VIDEO
    Higgs discovery would open supersymmetry mystery Movie Camera

    Supersymmetry could elegantly explain some of the greatest mysteries of the universe, such as how elementary particles got their mass
    Read more

    GRAPHIC

    INTERVIEW
    The woman in charge of the world’s biggest experiment

    How does it feel when your work could unlock the mysteries of the universe? We ask Fabiola Gianotti, who is taking over as head of the ATLAS collaboration at the Large Hadron Collider particle accelerator
    Read more

    COMMENT AND ANALYSIS
    LHC scare stories were good for science

    Stories that the LHC would destroy the Earth were ridiculous, but they may have done more for physics than you think, says Valerie Jamieson
    Read more

    THE BIG IDEA
    How do we know the LHC really is safe?

    Theory says the Earth is secure from black holes created by the Large Hadron Collider – but what if theory is wrong?
    Read more

    1. Δεν υπάρχουν σχόλια.
    1. No trackbacks yet.

    Σχολιάστε

    Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

    Λογότυπο WordPress.com

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

    Φωτογραφία Google

    Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

    Φωτογραφία Twitter

    Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

    Φωτογραφία Facebook

    Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

    Σύνδεση με %s

    Αρέσει σε %d bloggers: