Τα πρωτόνια ξανατρέχουν στο CERN

Καταστρώνοντας φιλόδοξα σχέδια και αισιοδοξώντας για το μέλλον, οι επιστήμονες έθεσαν τον Απρίλιο εκ νέου σε λειτουργία τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Πυρηνικών Ερευνών, του πασίγνωστου CERN, στα περίχωρα της Γενεύης.

Την τελευταία τριετία ο επιταχυντής ήταν ανενεργός, προκειμένου να γίνουν οι απαραίτητες επισκευές και αναβαθμίσεις. Τώρα, τα πρωτόνια ξανάρχισαν τον τρελό αγώνα δρόμου στην υπόγεια σήραγγα. Στις αρχές του επόμενου μήνα αναμένεται να γίνουν και οι συγκρούσεις των σωματιδίων, ώστε να παραχθούν σπινθήρες αρχέγονης ενέργειας. Οι ελπίδες των φυσικών αναπτερώθηκαν μετά την ολοκλήρωση των επισκευών και είναι πλέον έτοιμοι να ξεκινήσουν και πάλι το θαυμαστό κυνήγι στο δάσος των μυστικών του σύμπαντος.

Μυστικό

Πριν αναβαθμιστεί, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων «έδειχνε» ότι η φύση πιθανώς να κρύβει κάποιο εντυπωσιακό μυστικό. Ο Μιτές Πατέλ, ειδικός στη σωματιδιακή φυσική, ερευνητής του Kολεγίου Imperial του Λονδίνου, πραγματοποιεί ένα πείραμα στο CERN. Η αισιοδοξία του έχει φτάσει στο μέγιστο δυνατό σημείο, διότι τα αποτελέσματα των προηγούμενων σταδίων της εργασίας του ήταν τα πλέον συναρπαστικά σε όλο τον επαγγελματικό του βίο. Πριν από μια δεκαετία, το CERN και οι επιστήμονες που εργάζονται εκεί βρέθηκαν στο επίκεντρο της δημοσιότητας, χάρη στην ανακάλυψη του μποζόνιου Χιγκς, το οποίο προσδίδει μάζα σε όλα τα υπόλοιπα σωματίδια στο σύμπαν. Ομως, τι άλλο μένει να ανακαλυφθεί; «Τα πάντα», απαντούν αποστομωτικά οι φυσικοί.

Οταν το 2010 τέθηκε σε λειτουργία ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων, οι επιστήμονες ετοιμάστηκαν να αποκρυπτογραφήσουν τα μυστικά του σύμπαντος. Η συσκευή, η μεγαλύτερη και ισχυρότερη που κατασκευάστηκε ποτέ, ήταν σχεδιασμένη για τον εντοπισμό του «σωματιδίου του Θεού», του μποζονίου Χιγκς. Αυτό, άλλωστε, θεωρείται ο ακρογωνιαίος λίθος του καθιερωμένου προτύπου, της σημαντικότερης θεωρίας που επινόησε ο ανθρώπινος νους για να περιγράψει τη λειτουργία του σύμπαντος στη μικρότερη δυνατή κλίμακα. Αυτό, επίσης, εξηγεί όλα όσα έχουν καταφέρει να μετρήσουν οι επιστήμονες στον κόσμο των υποατομικών σωματιδίων.

Ομως, σε αρκετά κομβικά ερωτήματα το καθιερωμένο πρότυπο αδυνατεί να απαντήσει. Από πού δημιουργήθηκε το σύμπαν; Τι είναι η σκοτεινή ύλη από την οποία κατακλύζεται; Πώς αποκτάει μάζα το μποζόνιο Χιγκς; Οι ειδικοί ήλπιζαν ότι με την έναρξη λειτουργίας του, το 2010, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων θα έδινε όλες τις απαντήσεις. Αυτό, όμως, δεν συνέβη. Κατάφεραν να «δουν» το μποζόνιο Χιγκς, αλλά κανένα άλλο σωματίδιο που θα μπορούσε να προσφέρει κάποια ερμηνεία για τη φύση της σκοτεινής ύλης.

Οι επιστήμονες είναι έτοιμοι να ξεκινήσουν το θαυμαστό κυνήγι στο δάσος των μυστικών του σύμπαντος.

Σύμφωνα με το υπάρχον χρονοδιάγραμμα, ο επιταχυντής θα λειτουργήσει έως το 2025 και στη συνέχεια θα τεθεί εκ νέου εκτός λειτουργίας, για άλλη μία διετία, ώστε να αναβαθμιστεί περαιτέρω. Ανάμεσα στις πρόσφατες αλλαγές ήταν η επιδιόρθωση των πελώριων ανιχνευτών που βρίσκονται στα τέσσερα σημεία διασταύρωσης, όπου συγκρούονται οι δέσμες πρωτονίων. Εργο τους είναι η ανάλυση των «υπολειμμάτων» που εντοπίζονται έπειτα από αυτές τις συγκρούσεις. Τον Ιούλιο, οι αναβαθμισμένοι ανιχνευτές θα πρέπει να αποδείξουν την αξία τους. Οι δεσμίδες πρωτονίων έχουν περιοριστεί σε εύρος αλλά έχουν αποκτήσει μεγαλύτερη ισχύ. Αυτό αυξάνει σημαντικά το ενδεχόμενο συγκρούσεων στα τέσσερα σημεία διασταύρωσης. Οι νέες συνθήκες αναμένεται να προκαλέσουν σύγχυση τόσο στους ανιχνευτές όσο και στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές, που θα πρέπει να διαχωρίσουν σωματίδια από πολλαπλές ομάδες.

Συγκρούσεις

«Θα λαμβάνουμε δεδομένα με πολύ ταχύτερο ρυθμό απ’ ό,τι έχουμε συνηθίσει μέχρι σήμερα», εξηγεί ο Μιτές Πατέλ. «Από εκεί που είχαμε δύο συγκρούσεις σε καθένα από τα σημεία διασταύρωσης, τώρα θα έχουμε πέντε. Αυτό μας δυσκολεύει διότι πρέπει να εντοπίσουμε αυτό που αναζητάμε σε πολύ περισσότερες αλληλεπιδράσεις. Ταυτόχρονα, όμως, αυξάνονται οι πιθανότητες να το βρούμε».

Ηδη, ορισμένα πειράματα έχουν υποδείξει την ύπαρξη «κενών» στο καθιερωμένο πρότυπο, που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ευρύτερη και ουσιαστικότερη θεώρηση του σύμπαντος, στη «μεγάλη ενοποιημένη θεωρία». Τα πειράματα αυτά αφορούν τις συμπεριφορές κάποιων υποατομικών σωματιδίων, με παράξενα ονόματα για τους μη εξοικειωμένους με τη σωματιδιακή φυσική. Ενα από αυτά είναι το μιόνιο. Τα μιόνια είναι γνωστά και ως «βαριά ηλεκτρόνια», διότι, παρότι έχουν το ίδιο αρνητικό φορτίο με αυτά, έχουν κατά 207 φορές μεγαλύτερη μάζα. Κανείς δεν μπορεί να προσδιορίσει ποια επακριβώς είναι η θέση τους στη «μεγάλη τάξη των πραγμάτων». Δημιουργήθηκαν από συγκρούσεις κοσμικών ακτίνων και σε παρόμοια συμβάντα στις σήραγγες των επιταχυντών. Η ραδιενεργός διάσπασή τους ολοκληρώνεται σε microseconds, δημιουργώντας ηλεκτρόνια και νετρίνο, την πιο παράξενη οντότητα που υπάρχει στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων.

Περιδίνηση

Πέρυσι, 200 φυσικοί από το Εθνικό Εργαστήριο του Επιταχυντή Fermi (FermiLab) κατέγραψαν ότι η περιδίνηση μιονίων σε ένα μαγνητικό πεδίο είχε πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα από αυτήν που προβλέπεται από το καθιερωμένο πρότυπο. Οι επιστήμονες αποδίδουν αυτή την αξιοσημείωτη απόκλιση στον κβαντικό ψίθυρο άγνωστων, προς το παρόν, σωματιδίων, τα οποία γεννιούνται γύρω από τα μιόνια, επηρεάζοντας τις ιδιότητές τους. Εάν επαληθευτεί η ύπαρξη αυτών των σωματιδίων, το καθιερωμένο πρότυπο θα καταρρεύσει. Ο Μιτές Πατέλ και οι συνεργάτες του ευελπιστούν ότι με τα στοιχεία που θα συγκεντρώσουν από τα πειράματά τους στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων θα φέρουν επανάσταση στην επιστήμη της Φυσικής. Αν έχουν δίκιο, θα το μάθουμε σύντομα.