Το Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής είναι μια θεωρία που περιγράφει τις ισχυρές, ασθενείς και ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις, όπως και τα στοιχειώδη σωματίδια από τα οποία αποτελείται η ύλη.
Αν και οι περισσότερες από τις επιμέρους προβλέψεις του έχουν επιβεβαιωθεί πειραματικά, ένα βασικό συστατικό του το σωματίδιο Higgs (το οποίο σχετίζεται με το κορυφαίο και αναπάντητο ερώτημα της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων «Τι είναι αυτό που προσδιορίζει τη μάζα των σωματιδίων της ύλης;») παραμένει μέχρι σήμερα ανεπιβεβαίωτο.
Το Higgs, ένα σωματίδιο ή μια ομάδα σωματιδίων που προσδίδει σε όλα τα άλλα στοιχειώδη σωματίδια του σύμπαντος τη μάζα τους, αποτελεί έναν από τους ακρογωνιαίους λίθους της Φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων και είναι το μοναδικό από τα σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου που εξακολουθεί να μην έχει ανιχνευτή μέχρι τώρα. Αυτό οφείλεται στο ότι η δημιουργία του απαιτεί ένα τεράστιο ποσό ενέργειας σε συνθήκες εργαστηρίου.
Πώς προκύπτει όμως αυτό το θεμελιώδες πρόβλημα μάζας στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων;
Η πρώτη ενοποιημένη φυσική θεωρία η κβαντική εκδοχή της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του Maxwell ενοποίησε τις μέχρι τότε εντελώς διακριτές μεταξύ τους ηλεκτρικές και μαγνητικές δυνάμεις ως διαφορετικές εκφάνσεις μίας μόνο βασικής αλληλεπίδρασης, της ηλεκτρομαγνητικής. Οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων οφείλονται στην ανταλλαγή πακέτων ή κβάντων ενέργειας, που ονομάστηκαν φωτόνια.
Σε δεύτερο στάδιο οι θεωρητικοί φυσικοί άρχισαν να συνειδητοποιούν ότι μία αντίστοιχη σχέση ίσως να υπάρχει και μεταξύ της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης και των ασθενών αλληλεπιδράσεων. Μία σχέση που θα τους επέτρεπε να ενοποιήσουν, όλα τα ηλεκτρικά και μαγνητικά φαινόμενα, την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, καθώς και ορισμένους τύπους ραδιενεργού διάσπασης (στους οποίους οφείλεται μεταξύ άλλων και η παραγωγή ενέργειας στο εσωτερικό των άστρων) σε διαφορετικές εκφάνσεις μίας μόνο αλληλεπίδρασης που ονομάστηκε ηλεκτρασθενής.
Δυστυχώς το μαθηματικό πλαίσιο που περιγράφει την ηλεκτρασθενή θεωρία αντιμετωπίζει ένα σοβαρό πρόβλημα, καθώς απαιτεί τα σωματίδια-φορείς αυτής της ευρύτερης ηλεκτρασθενούς αλληλεπίδρασης να μην έχουν μάζα.
Αυτό μπορεί να μην αποτελεί πρόβλημα για το φωτόνιο (το σωματίδιο-φορέα της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης που έχει μηδενική μάζα) για την ασθενή αλληλεπίδραση όμως (η οποία οφείλεται στην ανταλλαγή των μποζονίων W και Ζ που έχουν μάζα) αυτό είναι ένα σοβαρό πρόβλημα.
Η λύση στο πρόβλημα δόθηκε από την πρωτοποριακή έρευνα των φυσικών Peter Higgs, Robert Brout και Francois Englert, οι οποίοι πρότειναν το εξής εκπληκτικό: αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η αρχέγονη σούπα των στοιχειωδών σωματιδίων αποτελούνταν από σωματίδια χωρίς μάζα.
Καθώς όμως το σύμπαν διαστελλόταν και η θερμοκρασία του μειωνόταν, έφτασε σε μια κρίσιμη θερμοκρασία όπου μπήκε σε λειτουργία ο περίφημος μηχανισμός Higgs σπάζοντας την ηλεκτρασθενή συμμετρία και εφοδιάζοντας τα στοιχειώδη σωματίδια με τη μάζα τους.
Σύμφωνα με τον Higgs ολόκληρο το σύμπαν διαποτίζεται από ένα πεδίο αντίστοιχο με το ηλεκτρομαγνητικό. Καθώς τα διάφορα σωματίδια κινούνται μέσα στο χώρο διασχίζοντας το πεδίο αυτό, κάποια από αυτά αλληλεπιδρούν μαζί του και αποκτούν μάζα.
Αν και οι περισσότερες από τις επιμέρους προβλέψεις του έχουν επιβεβαιωθεί πειραματικά, ένα βασικό συστατικό του το σωματίδιο Higgs (το οποίο σχετίζεται με το κορυφαίο και αναπάντητο ερώτημα της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων «Τι είναι αυτό που προσδιορίζει τη μάζα των σωματιδίων της ύλης;») παραμένει μέχρι σήμερα ανεπιβεβαίωτο.
Το Higgs, ένα σωματίδιο ή μια ομάδα σωματιδίων που προσδίδει σε όλα τα άλλα στοιχειώδη σωματίδια του σύμπαντος τη μάζα τους, αποτελεί έναν από τους ακρογωνιαίους λίθους της Φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων και είναι το μοναδικό από τα σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου που εξακολουθεί να μην έχει ανιχνευτή μέχρι τώρα. Αυτό οφείλεται στο ότι η δημιουργία του απαιτεί ένα τεράστιο ποσό ενέργειας σε συνθήκες εργαστηρίου.
Πώς προκύπτει όμως αυτό το θεμελιώδες πρόβλημα μάζας στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων;
Η πρώτη ενοποιημένη φυσική θεωρία η κβαντική εκδοχή της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του Maxwell ενοποίησε τις μέχρι τότε εντελώς διακριτές μεταξύ τους ηλεκτρικές και μαγνητικές δυνάμεις ως διαφορετικές εκφάνσεις μίας μόνο βασικής αλληλεπίδρασης, της ηλεκτρομαγνητικής. Οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων οφείλονται στην ανταλλαγή πακέτων ή κβάντων ενέργειας, που ονομάστηκαν φωτόνια.
Σε δεύτερο στάδιο οι θεωρητικοί φυσικοί άρχισαν να συνειδητοποιούν ότι μία αντίστοιχη σχέση ίσως να υπάρχει και μεταξύ της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης και των ασθενών αλληλεπιδράσεων. Μία σχέση που θα τους επέτρεπε να ενοποιήσουν, όλα τα ηλεκτρικά και μαγνητικά φαινόμενα, την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, καθώς και ορισμένους τύπους ραδιενεργού διάσπασης (στους οποίους οφείλεται μεταξύ άλλων και η παραγωγή ενέργειας στο εσωτερικό των άστρων) σε διαφορετικές εκφάνσεις μίας μόνο αλληλεπίδρασης που ονομάστηκε ηλεκτρασθενής.
Δυστυχώς το μαθηματικό πλαίσιο που περιγράφει την ηλεκτρασθενή θεωρία αντιμετωπίζει ένα σοβαρό πρόβλημα, καθώς απαιτεί τα σωματίδια-φορείς αυτής της ευρύτερης ηλεκτρασθενούς αλληλεπίδρασης να μην έχουν μάζα.
Αυτό μπορεί να μην αποτελεί πρόβλημα για το φωτόνιο (το σωματίδιο-φορέα της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης που έχει μηδενική μάζα) για την ασθενή αλληλεπίδραση όμως (η οποία οφείλεται στην ανταλλαγή των μποζονίων W και Ζ που έχουν μάζα) αυτό είναι ένα σοβαρό πρόβλημα.
Η λύση στο πρόβλημα δόθηκε από την πρωτοποριακή έρευνα των φυσικών Peter Higgs, Robert Brout και Francois Englert, οι οποίοι πρότειναν το εξής εκπληκτικό: αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η αρχέγονη σούπα των στοιχειωδών σωματιδίων αποτελούνταν από σωματίδια χωρίς μάζα.
Καθώς όμως το σύμπαν διαστελλόταν και η θερμοκρασία του μειωνόταν, έφτασε σε μια κρίσιμη θερμοκρασία όπου μπήκε σε λειτουργία ο περίφημος μηχανισμός Higgs σπάζοντας την ηλεκτρασθενή συμμετρία και εφοδιάζοντας τα στοιχειώδη σωματίδια με τη μάζα τους.
Σύμφωνα με τον Higgs ολόκληρο το σύμπαν διαποτίζεται από ένα πεδίο αντίστοιχο με το ηλεκτρομαγνητικό. Καθώς τα διάφορα σωματίδια κινούνται μέσα στο χώρο διασχίζοντας το πεδίο αυτό, κάποια από αυτά αλληλεπιδρούν μαζί του και αποκτούν μάζα.
Όσο μάλιστα περισσότερο αλληλεπιδρούν τόσο μεγαλύτερη είναι και η μάζα που αποκτούν, ενώ εκείνα που δεν αλληλεπιδρούν καθόλου παραμένουν χωρίς μάζα.
Σύμφωνα όμως με την κβαντική θεωρία, κάθε πεδίο σχετίζεται και με ορισμένα σωματίδια, όπως για παράδειγμα το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο με τα φωτόνια. Θα πρέπει επομένως να υπάρχει και ένα σωματίδιο, το μποζόνιο Higgs, το οποίο να αντιστοιχεί στο προαναφερόμενο πεδίο.
Δυστυχώς οι φυσικοί δεν έχουν κατορθώσει ως σήμερα να αποδείξουν άμεσα την ύπαρξη του μποζονίου Higgs. Στις 4/7/2012, όμως, ερευνητές του CERN ανακοίνωσαν πως είναι σχεδόν βέβαιοι ότι εντόπισαν «κάτι που μοιάζει με το Higgs», το σωματίδιο που θα επιβεβαίωνε ότι γνωρίζουμε πώς η ύλη αποκτά τη μάζα της.
Εφόσον επιβεβαιωθεί οριστικά η ανακάλυψη, ο πειραματικός άθλος θα επιστεγάσει το λεγόμενο Καθιερωμένο Μοντέλο, το θεωρητικό οικοδόμημα που αναπτύχθηκε τον περασμένο αιώνα και συγκεντρώνει όλες τις γνώσεις των φυσικών για τα στοιχειώδη συστατικά του Σύμπαντος.
Για να γίνει επισήμως δεκτή η ανακάλυψη, οι ερευνητές θα πρέπει να αποδείξουν ότι το νέο σωματίδιο συμπεριφέρεται όπως το Higgs. Επιπλέον, το επίπεδο βεβαιότητας για τον εντοπισμό του σωματιδίου πρέπει να φτάνει τα 5 σίγμα, κάτι που σημαίνει ότι η πιθανότητα να οφείλονται σε λάθος οι παρατηρήσεις είναι μόλις 0,00006%.
Σύμφωνα όμως με την κβαντική θεωρία, κάθε πεδίο σχετίζεται και με ορισμένα σωματίδια, όπως για παράδειγμα το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο με τα φωτόνια. Θα πρέπει επομένως να υπάρχει και ένα σωματίδιο, το μποζόνιο Higgs, το οποίο να αντιστοιχεί στο προαναφερόμενο πεδίο.
Δυστυχώς οι φυσικοί δεν έχουν κατορθώσει ως σήμερα να αποδείξουν άμεσα την ύπαρξη του μποζονίου Higgs. Στις 4/7/2012, όμως, ερευνητές του CERN ανακοίνωσαν πως είναι σχεδόν βέβαιοι ότι εντόπισαν «κάτι που μοιάζει με το Higgs», το σωματίδιο που θα επιβεβαίωνε ότι γνωρίζουμε πώς η ύλη αποκτά τη μάζα της.
Εφόσον επιβεβαιωθεί οριστικά η ανακάλυψη, ο πειραματικός άθλος θα επιστεγάσει το λεγόμενο Καθιερωμένο Μοντέλο, το θεωρητικό οικοδόμημα που αναπτύχθηκε τον περασμένο αιώνα και συγκεντρώνει όλες τις γνώσεις των φυσικών για τα στοιχειώδη συστατικά του Σύμπαντος.
Για να γίνει επισήμως δεκτή η ανακάλυψη, οι ερευνητές θα πρέπει να αποδείξουν ότι το νέο σωματίδιο συμπεριφέρεται όπως το Higgs. Επιπλέον, το επίπεδο βεβαιότητας για τον εντοπισμό του σωματιδίου πρέπει να φτάνει τα 5 σίγμα, κάτι που σημαίνει ότι η πιθανότητα να οφείλονται σε λάθος οι παρατηρήσεις είναι μόλις 0,00006%.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου
Σημείωση: Μόνο ένα μέλος αυτού του ιστολογίου μπορεί να αναρτήσει σχόλιο.