«Αυτό που είναι αληθινά σημαντικό για το Χιγκς είναι ότι εξηγεί πώς μπορεί να ήταν ο κόσμος κατά το πρώτο εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου μετά το Μπιγκ Μπανγκ», δήλωσε ο Άλμπερτ Ντε Ρουκ, επιστήμονας του CERN που ήταν παρών στην Αυστραλία για ένα μεγάλο συνέδριο. «Μπορούμε να εφαρμόσουμε (την ανακάλυψη αυτή) σε κάτι;
Προς το παρόν, η φαντασία μου είναι ανεπαρκής».
«Όπως η φαντασία του (Μάικλ) Φάραντεϊ ήταν πολύ μικρή για να οραματιστεί όλα αυτά που μπορούσε να κάνει με τον ηλεκτρισμό όταν τον ανακάλυψε», πρόσθεσε ο φυσικός.
Ο Βρετανός Φαραντέι ανακάλυψε το 1831 την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, που αργότερα οδήγησε στη σύγχρονη ηλεκτρομαγνητική τεχνολογία.
Σύμφωνα με τον φυσικό Ρέι Βόλκας, πολλοί ελπίζουν ότι το νέο σωματίδιο είναι «λίγο διαφορετικό» από το μποζόνιο του Χιγκς, όπως περιγράφεται στο Βασικό Μοντέλο της Φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων.
Αν το σωματίδιο ήταν διαφορετικό, «αυτό θα οδηγούσε σε νέες φυσικές θεωρίες, ίσως σε σχέση με τη σκοτεινή ύλη», εκτιμά.
Αυτή η μυστηριώδης ύλη αποτελεί το ένα τέταρτο του Σύμπαντος ενώ η ορατή ύλη δεν αντιπροσωπεύει παρά το 5% του. Το υπόλοιπο 70% είναι η σκοτεινή ενέργεια που εξηγεί γιατί η επέκταση του Σύμπαντος επιταχύνεται.
«Μπορούμε να φανταστούμε για παράδειγμα ότι το σωματίδιο του Χιγκς ενεργεί σαν μια γέφυρα ανάμεσα στη συνηθισμένη ύλη, που αποτελεί τα άτομα, και τη σκοτεινή ύλη, για την οποία ξέρουμε πως είναι ένα σημαντικό συστατικό του σύμπαντος», προσθέτει ο Ρέι Βόλκας.
«Αυτό θα είχε φανταστικές επιπτώσεις για την κατανόηση ό,τι είναι σημαντικού στο σύμπαν, όχι μόνο των συνηθισμένων ατόμων», σύμφωνα πάντα με τον Βόλκας.
Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ
Εμείς το διαβάσαμε στο www.capital.gr
*
*
Η ανακάλυψη, η επιβεβαίωση, οι «κόντρες», το όνομα του σωματίδιου
*
*
Εκλαϊκευμένη εξήγηση από τον Καθηγητή της Φυσικής Ευαγγ. Γαζή
*
*
Εκλαϊκευμένη εξήγηση από τους Καθηγητές της Φυσικής Δημ. Νανόπουλο & Βλάχο
*
Χρονικά
*
Ψάχνοντας το “σωματίδιο του Θεού”
(BlackMediterraneanPirate 01-09-2011
short link wp.me/pPn6Y-afQ)
Πηγή: «Scientific American»
*
*
Το μποζόνιο Χιγκς
Με την ενθουσιώδη ανακοίνωση που έγινε σήμερα στις εγκαταστάσεις της Ευρωπαϊκής Επιτροπής Πυρηνικών Ερευνών (CERN) σχετικά με τον εντοπισμό του περίφημου σωματιδίου Χίγκς αναζωπυρώθηκε και πάλι το ενδιαφέρον του κοινού. Ελπίζω ότι το κείμενο που ακολουθεί θα βοηθήσει στην καλύτερη κατανόηση της σημαντικής αυτής ανακάλυψης.
Διαβάστε παρακάτω ένα εξαιρετικά ενδιαφέρον άρθρο του καθηγητή Διονύση Π. Σιμόπουλου, Διευθυντή Ευγενιδείου Πλανηταρίου
«Αυτός ο Κόσμος ο Μικρός, ο Μέγας…»
Ο Επιταχυντής του CERN
Όπως είναι γνωστό, για την κατανόηση της εξελικτικής πορείας του Σύμπαντος και των αρχικών στιγμών της δημιουργίας χρειάζεται να εισχωρήσουμε βαθιά στο εσωτερικό του ατόμου με την βοήθεια των επιταχυντών στα διάφορα εργαστήρια σωματιδιακής φυσικής. Σ’ αυτή μας, λοιπόν, την προσπάθεια τα πειράματα που εκτελούνται στο CERN, στο Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Σωματιδιακής Φυσικής, μας βοηθάνε πολύ. Γιατί η πειραματική, αλλά και η θεωρητική έρευνα που διεξάγεται στο CERN, μας δείχνει το δρόμο για την κατεύθυνση που θα πάρει η έρευνα στη φυσική στα επόμενα χρόνια. Μια κατεύθυνση που άρχισε να διαμορφώνεται τον Δεκέμβριο του 1949.
Την περίοδο εκείνη ο μεγάλος θεωρητικός φυσικός Louis de Broglie (1892-1987), βραβευμένος με το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 1929, σε μια επιστολή του προς το European Cultural Conference στην Λωζάνη, πρότεινε την ίδρυση ενός νέου ευρωπαϊκού ερευνητικού κέντρου, προκειμένου να εμποδιστεί η «διαρροή εγκεφάλων» προς τη Βόρεια Αμερική και για να ανακτήσει ο ευρωπαϊκός χώρος έρευνας τη χαμένη του αίγλη. Πέντε χρόνια αργότερα, στις 29 Σεπτεμβρίου 1954, δώδεκα ιδρυτικά κράτη-μέλη, μεταξύ των οποίων και η Ελλάδα, υπέγραψαν την τελική σύμβαση για την δημιουργία της Ευρωπαϊκής Επιτροπής Πυρηνικών Ερευνών (Conseil Europeéne pour la Recherche Nucléaire-CERN)! Σήμερα τα κράτη-μέλη έχουν φτάσει τα 20.
Για να καθιερωθεί, όμως, το CERN ως το κορυφαίο ερευνητικό κέντρο στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων έπρεπε να περάσει αρκετός καιρός. Ιδιαίτερα τα πρώτα χρόνια λειτουργίας του και έχοντας να ανταγωνιστεί τα κορυφαία ερευνητικά κέντρα του Berkeley και του Brookhaven της Αμερικής, το CERN έρχονταν συχνά δεύτερο στις μεγάλες ανακαλύψεις. Όμως με προσεκτικό σχεδιασμό, την κατασκευή όλο και ισχυρότερων επιταχυντών και τη συγκέντρωση της αφρόκρεμας των Ευρωπαίων ερευνητών η κατάσταση, αργά αλλά σταθερά, αναστράφηκε.
Πρώτος σταθμός στη καθιέρωση του CERN ως κορυφαίου ερευνητικού κέντρου μπορεί να θεωρηθεί το έτος 1959 όταν κατασκευάστηκε το «Σύγχροτρο Πρωτονίων» (Proton Synchrotron-PS), το οποίο και κατέρριψε κάθε προηγούμενο ρεκόρ επιτάχυνσης πρωτονίων. Στα μέσα της δεκαετίας του ’60 αποφασίζεται η επέκταση του CERN από την Ελβετία προς τη Γαλλία με την κατασκευή του πρώτου πρωτονικού επιταχυντή/συγκρουστή (Interactive Storage Rings-ISR), ένα έργο που ολοκληρώθηκε το 1971, οπότε και αποφασίστηκε η κατασκευή ενός νέου, ισχυρότερου κυκλικού επιταχυντή, του SPS (Super Proton Collider). Δύο χρόνια αργότερα, στις 31 Ιουλίου 1974, ο «μετροπόντικας» του CERN επέστρεψε στο σημείο από το οποίο ξεκίνησε, έχοντας διανοίξει μία κυκλική σήραγγα μήκους 7 χιλιομέτρων. Στις 17 Ιουνίου 1976 ανακοινώθηκε επιτάχυνση πρωτονίων σε ενέργειες που έφταναν τα 400 δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ (400 GeV), ενώ το ερευνητικό πρόγραμμα του SPS ξεκίνησε τον επόμενο χρόνο.
Το Φεβρουάριο του 1985 άρχισε η κατασκευή του γιγαντιαίου επιταχυντή ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων LEP (Large Electron-Positron Collider), τετραπλάσιου, περίπου, μήκους από αυτό του SPS. Η διάνοιξη μιας κυκλικής σήραγγας 27 χιλιομέτρων και η εγκατάσταση του εξοπλισμού του νέου επιταχυντή αποτέλεσε μια τεράστια τεχνολογική πρόκληση κι ένα κατασκευαστικό επίτευγμα, το οποίο υπολείπονταν μόνο αυτού της διάνοιξης της σήραγγας της Μάγχης. Για την κατασκευή του διανοίχτηκαν οκτώ κατακόρυφα φρεάτια κατά μήκος μιας νοητής κυκλικής περιφέρειας 27 χιλιομέτρων και οι «μετροπόντικες» του CERN ανέλαβαν να εκσκάψουν τμηματικά οκτώ τοξοειδείς σήραγγες μήκους 3.3 χιλιομέτρων η κάθε μία, προκειμένου να ενωθούν τα φρεάτια μεταξύ τους.
Το έργο θεωρήθηκε τόσο δύσκολο που καμία εταιρεία δεν αναλάμβανε την επίβλεψή του. Έτσι, οι ίδιοι οι μηχανικοί και οι τοπογράφοι του CERN, βασιζόμενοι στην προηγούμενη εμπειρία τους από την κατασκευή του SPS, ανέλαβαν την πρόκληση. Η εκσκαφή της σήραγγας ολοκληρώθηκε με επιτυχία το Φλεβάρη του 1988 με μία παρέκκλιση μόνον ενός εκατοστού του μέτρου από τη τιμή που είχε υπολογιστεί στα σχέδια! Έπειτα από 11 χρόνια αδιάκοπης λειτουργίας αλλά και τεράστιας συνεισφοράς στην εμπέδωση του Καθιερωμένου Προτύπου (Standard Model) στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων, ο LEP έκλεισε προσωρινά στις 2 Νοεμβρίου του 2000 για να αρχίσει η κατασκευή του νέου Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων-LHC (Large Hadron Collider), ο οποίος άρχισε να λειτουργεί το 2008.
Με την επαναλειτουργία του CERN η Ευρώπη ανέλαβε πλέον τα σκήπτρα παγκοσμίως στον τομέα της Φυσικής αφού οι ΗΠΑ αποφάσισαν το 1993 να μην προχωρήσουν στην δημιουργία ενός κυκλικού «Υπέρ-Επιταχυντή» στο Τέξας ο οποίος θα είχε περιφέρεια 86 χιλιομέτρων. Στον τερατώδη εκείνο επιταχυντή τα πρωτόνια θα συγκρούονταν με ενέργεια 40 τρισεκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτ (40 TeV), ενώ ο μεγαλύτερος επιταχυντής που διαθέτουν οι Ηνωμένες Πολιτείες σήμερα είναι ο Τέβατρον στο «Φέρμιλαμπ» του Ιλλινόις, ο οποίος έχει φτάσει πλέον στα όρια της προσφοράς του κι σχεδιάζεται ήδη η σταδιακή εγκατάλειψή του. Στον Τέβατρον η σύγκρουση πρωτονίων και αντιπρωτονίων (αντιύλη) παράγει ενέργεια ενός τρισεκατομμυρίου ηλεκτρονιοβόλτ (1TeV), 14 φορές δηλαδή μικρότερη της ενέργειας που μπορεί να πετύχει ο LHC.
Η «μαγεία» των τεράστιων αυτών πειραματικών συμπλεγμάτων βασίζεται στην περίφημη εξίσωση του Αϊνστάιν για την ισοδυναμία ενέργειας και μάζας (Ε=mc2), ενώ όσο πιο μεγάλη είναι η ενέργεια που επιτυγχάνεται στις συσκευές αυτές τόσο πιο κοντά φτάνουμε στις θερμοκρασίες που επικρατούσαν τις πρώτες στιγμές της γέννησης του Σύμπαντος και στα διάφορα φαινόμενα που εξελίχτηκαν την εποχή εκείνη. Σ’ εκείνες τις πρώτες απειροελάχιστες στιγμές της δημιουργίας μάς πηγαίνουν τα διάφορα πειράματα που γίνονται σήμερα στο CERN.
Το Πείραμα του Άτλαντα
Σε βάθος 100 περίπου μέτρων κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, στα σύνορα Ελβετίας-Γαλλίας, διάφορες πειραματικές διατάξεις στον μεγάλο επιταχυντή αδρονίων (LHC) του CERN στην Γενεύη της Ελβετίας μπορούμε να δούμε το Σύμπαν να ξαναγεννιέται! Στον επιταχυντή αυτό δύο αντίθετα κινούμενες ροές πρωτονίων (αδρόνια) με ταχύτητα που φτάνει σχεδόν την ταχύτητα του φωτός συγκρούονται μεταξύ τους με αποτέλεσμα την δημιουργία τεράστιων ποσοτήτων ενέργειας.
Ο τεράστιος κυκλικός επιταχυντής LHC με μήκος 27 χιλιομέτρων, αποτελείται από χιλιάδες χιλιόμετρα καλωδιώσεων, χιλιάδες ηλεκτρομαγνήτες και ερευνητικές συσκευές με δεκάδες δισεκατομμύρια τρανζίστορ. Επί πλέον 128 τόνοι υγρού ηλίου κρατούν την θερμοκρασία των υπεραγώγιμων μαγνητών στους 1,8 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν, θερμοκρασία δηλαδή 271 βαθμών Κελσίου κάτω από το μηδέν. Στον LHC οι ροές των σωματιδίων επιταχύνονται σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός, εκτελούν δηλαδή περίπου 11.200 βόλτες γύρω από τον κυκλικό επιταχυντή κάθε δευτερόλεπτο!
Για να επιτευχθούν οι τεράστιες αυτές ταχύτητες το κενό στους σωλήνες ροής είναι παρόμοιο με αυτό που επικρατεί σε υψόμετρο 1.000 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της Γης, για να αποφευχθούν οι συγκρούσεις των πρωτονίων με μόρια αέρα, ενώ η πίεση που επικρατεί είναι 760 φορές μικρότερη από την ατμοσφαιρική πίεση που επικρατεί στην επιφάνεια της θάλασσας. Όταν φτάσουν την επιθυμητή ταχύτητα οι ροές των πρωτονίων κατευθύνονται προς έναν από τους ανιχνευτές του LHC για να συγκρουστούν με αντίθετα κινούμενες ροές σωματιδίων στα έγκατά του παράγοντας στιγμιαία τεράστια ποσά ενέργειας που φτάνουν τα 14 τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ (TeV), η θερμοκρασία δηλαδή που δημιουργείται στιγμιαία φτάνει τα περίπου 162.000 τρισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.
Αλλά και οι διαστάσεις ενός από τους επί μέρους ανιχνευτές, που ονομάζεται «Άτλας», είναι κι αυτές ιδιαίτερα εντυπωσιακές αφού ο ανιχνευτής αυτός έχει μήκος 43 μέτρων, διάμετρο 22 μέτρων και βάρος 7.000 τόνων, όταν σε σύγκριση το βάρος του Πύργου του Άιφελ είναι 7.300 τόνοι. Ο υπόγειος χώρος στον οποίο βρίσκεται ο Άτλας έχει μήκος 84 μέτρων, πλάτος 35 μέτρων και ύψος 30 μέτρων, ενώ στη διάρκεια της ενεργού του ζωής θα απασχολήσει 2.000 επιστήμονες και μηχανικούς από 165 ερευνητικά κέντρα σε 35 χώρες. Ο σχεδιασμός του πειραματικού αυτού γίγαντα άρχισε το 1992, η συναρμολόγηση των διαφόρων τμημάτων του άρχισε το 2003, ενώ η λειτουργία του ξεκίνησε το 2008.
Στη διάρκεια των πειραμάτων που εκτελούνται στα πειραματικά αυτά συμπλέγματα σαν τον Άτλαντα, δύο δέσμες πρωτονίων συγκρούονται με τόση δύναμη ώστε ως αποτέλεσμα έχουμε την παραγωγή σωματιδίων με μάζα δέκα φορές μεγαλύτερη από οποιοδήποτε άλλο σωματίδιο που είναι γνωστό μέχρι τώρα. Αυτού του είδους τα πειράματα υπόσχονται να μας πάνε πίσω στα πρώτα τρισεκατομμυριοστά του πρώτου δευτερολέπτου, όχι μία αλλά 30 εκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο και επί χρόνια!
Οι Ανιχνευτές στους Επιταχυντές είναι έτσι διαμορφωμένοι ώστε τα διάφορα μέρη τους μπορούν να εντοπίσουν τα είδη των σωματιδίων που δημιουργούνται κατά την σύγκρουση, την ενέργεια και την διεύθυνσή τους, από τα οποία μπορούμε να βγάλουμε συμπεράσματα για την δομή της ύλης. Στον ανιχνευτή του «Άτλαντα», για παράδειγμα, διακρίνουμε τρία κύρια μέρη: τον εσωτερικό ανιχνευτή που μετράει την ορμή των σωματιδίων, το θερμιδόμετρο που απορροφά την ενέργεια των σωματιδίων όταν αυτά συγκρούονται πάνω του κι έτσι μετράει τις ενέργειές τους, και το φασματόμετρο μιονίων που μετράει την ορμή τους.
Στο επιστημονικό αυτό μεγαθήριο, που κόστισε 6 δισεκατομμύρια ευρώ, παράγονται κάθε χρόνο πληροφορίες που καλύπτουν τρία εκατομμύρια DVD. Στην περίπτωση του «Άτλαντα» έχουμε ένα δισεκατομμύριο συγκρούσεις το δευτερόλεπτο και υπολογίζεται ότι μία στα δέκα εκατομμύρια συγκρούσεις μπορεί να υποδηλώνει κάποιο νέο φαινόμενο. Κι αν όλα πάνε όπως έχουν σχεδιαστεί τότε θα έχουμε κατορθώσει να αποτυπώσουμε στις ειδικές συσκευές και την μνήμη των ηλεκτρονικών υπολογιστών τα χνάρια των συνθηκών που επικρατούσαν στις πρώτες απειροελάχιστες στιγμές της δημιουργίας πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια.
Η κατασκευή των νέων εγκαταστάσεων στο CERN είχε εξ αρχής ως στόχο να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα ένα βασικό τμήμα της εξελικτικής πορείας του Σύμπαντος και για να μάθουμε επί τέλους από τι αποτελείται ο κόσμος μας. Ελπίζουμε επίσης ότι θα μας βοηθήσει να ανακαλύψουμε για πρώτη φορά τα συστατικά της μυστηριώδους ύλης που ονομάζουμε «σκοτεινή ύλη», ενώ συγχρόνως οι ενέργειες που θα επιτευχθούν τελικά ίσως μπορέσουν να μας εξηγήσουν και το τι θα μπορούσε να είναι η απωθητική δύναμη που ονομάζουμε «σκοτεινή ενέργεια». Οι περισσότεροι όμως ερευνητές υπολογίζουν ότι στα πειράματα αυτά θα μπορέσουμε να εντοπίσουμε πολύ σύντομα το Μποζόνιο Χιγκς το οποίο ο Λέον Λέντερμαν (Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 1988) έχει βαφτίσει «το σωματίδιο του Θεού».
Το Μποζόνιο Χιγκς
Το Καθιερωμένο Πρότυπο της σύγχρονης Πυρηνικής Φυσικής μπορεί να εξηγήσει και να προβλέψει αναρίθμητα φαινόμενα που παρατηρούνται στο μικρόκοσμο, ενώ μεταξύ των άλλων, μεγάλη επιτυχία του θεωρείται και η ενοποίηση της ηλεκτρομαγνητικής και της ασθενούς αλληλεπίδρασης σε μια ηλεκτρασθενή θεωρία. Τα ερωτήματα όμως παραμένουν: από πού πηγάζει, για παράδειγμα, ο μηχανισμός που απαιτείται για να δώσει μάζα στα σωματίδια; Από τι αποτελείται η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια; Γιατί υπάρχουν μόνο τρεις γενεές σωματιδίων; Εάν η ύλη και η αντιύλη δημιουργούνται πάντα σε ίσες ποσότητες, πού πήγε η αντιύλη που θα πρέπει να δημιουργήθηκε αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη; Οι θεωρητικές προσεγγίσεις για την απάντηση τέτοιων ερωτημάτων έχουν ήδη αρχίσει. Η συμβολή του LHC, του νέου επιταχυντή του CERN, στην πειραματική επαλήθευση των προσεγγίσεων αυτών αναμένεται με ιδιαίτερο ενδιαφέρον από τους ερευνητές στα χρόνια που έρχονται.
Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις των ειδικών επιστημόνων πολλοί είναι αυτοί που πιστεύουν ότι τα πειράματα στον LHC θα μας αποκαλύψουν τα μυστικά του Σύμπαντος. Σε πρώτη πάντως φάση, ελπίζουμε ότι τα πειράματα αυτά θα εντοπίσουν την ύπαρξη ενός σωματιδίου που είχε θεωρητικά προταθεί ότι υπάρχει το 1964 από τον Σκωτσέζο φυσικό Πήτερ Χιγκς (1929- ). Σύμφωνα με το θεωρητικό μοντέλο της ύλης και του Σύμπαντος στο «Καθιερωμένο Πρότυπο» μας λείπει να ανακαλύψουμε το σημαντικό αυτό σωματίδιο που είναι φορέας ενός νέου είδους πεδίου που ονομάζεται «πεδίο Χιγκς» και το οποίο είναι διάχυτο στο Σύμπαν. Για να είναι όμως πλήρως αποδεκτό το μοντέλο αυτό απαιτείται η ύπαρξη του πεδίου Χιγκς και φυσικά του μποζονίου Χιγκς που είναι και ο φορέας του.
Καθώς τα πρωτόνια και τα αντιπρωτόνια στον LHC συγκρούονται μεταξύ τους με ταχύτητα πάνω από το 99,99% της ταχύτητας του φωτός μέρος της ενέργειας που δημιουργείται από την σύγκρουση μετατρέπεται σε ύλη σύμφωνα με την περίφημη εξίσωση του Αϊνστάιν (E=mc2). Μ’ αυτόν τον τρόπο μπορούν να δημιουργηθούν σωματίδια με μεγαλύτερη μάζα απ’ εκείνα που συμμετέχουν στη σύγκρουση. Στην περίπτωση του σωματιδίου Χίγκς, για παράδειγμα, η μάζα του αναμένεται να είναι από 120 έως 210 φορές την μάζα που έχει το πρωτόνιο. Η ενέργεια όμως που επιτυγχάνεται στον LHC είναι αρκετά μεγάλη όχι μόνο για τον εντοπισμό του Χιγκς αλλά και για τον εντοπισμό των σωματιδίων της «σκοτεινής ύλης», πολλαπλών διαστάσεων ακόμη και μίνι μαύρων τρυπών με μέγεθος μικρότερο κι από ένα πρωτόνιο.
Το σωματίδιο Χιγκς είναι βασικό συστατικό των θεωρητικών μας εκτιμήσεων ότι ο ηλεκτρομαγνητισμός και η ασθενής δύναμη είναι διαφορετικές εκφάνσεις μιας ενοποιημένης «ηλεκτρασθενούς» δύναμης. Μας υποδεικνύει τον τρόπο με τον οποίο τα χωρίς μάζα φωτόνια, τα σωματίδια του ηλεκτρομαγνητισμού, συγγενεύουν με τα W και Ζ, τα βαρέα σωματίδια (μποζόνια) της ασθενούς δύναμης. Η επιβεβαίωση της θεωρίας στο CERN πριν από 20 χρόνια αναπτέρωσε τις ελπίδες των επιστημόνων ότι θα μπορούσαν κάποια στιγμή να ενοποιήσουν όλες τις δυνάμεις της φύσης σε μία και μοναδική. Έχει επίσης προταθεί ότι κάποιο πεδίο σαν αυτό του Χιγκς θα μπορούσε να ήταν η αιτία της πληθωριστικής διαστολής του πρώιμου Σύμπαντος στο πρώτο τρισεκατομμυριοστό, του τρισεκατομμυριοστού του πρώτου τρισεκατομμυριοστού του πρώτου δευτερολέπτου, και ίσως να κρύβει επίσης και το μυστικό της επονομαζόμενης «σκοτεινής ενέργειας» που κάνει το Σύμπαν να διαστέλλεται επιταχυνόμενο τα τελευταία επτά δισεκατομμύρια χρόνια.
Επίσης, χωρίς το πεδίο Χιγκς τίποτα στο Σύμπαν δεν θα είχε μάζα αφού η ύπαρξη του πεδίου αυτού δίνει σε όλα τα άλλα σωματίδια την μάζα τους. Το πεδίο αυτό μπορεί να παρομοιαστεί με μια παχύρρευστη «θάλασσα» μέσα στην οποία «κολυμπάνε» όλα τα σωματίδια. Ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο τα διάφορα σωματίδια «κολυμπάνε» μέσα στο πεδίο αυτό παίρνουν και την δεδομένη μάζα του είδους τους. Υπάρχουν φυσικά και μερικά σωματίδια που δεν αντιδρούν καθόλου με το πεδίο, όπως είναι τα φωτόνια και τα γλοιόνια, οπότε τα σωματίδια αυτά δεν έχουν μάζα. Παρ’ όλα αυτά το πεδίο Χιγκς δεν θεωρείται ότι είναι μια ακόμη δύναμη, αφού ούτε επιταχύνει τα σωματίδια ούτε μεταφέρει κάποιου είδους ενέργεια. Εντούτοις το πεδίο αυτό προσδιορίζει επακριβώς την μάζα που περιλαμβάνουν τα υπόλοιπα σωματίδια που «κολυμπάνε» μέσα του.
Αλλά και το μποζόνιο Χιγκς παίρνει κι αυτό την μάζα του από το πεδίο του οποίου είναι και φορέας. Μπορεί δηλαδή να παρομοιαστεί με ένα πυκνότερο σημείο στο πεδίο Χιγκς, όπως όταν βρίσκουμε μια υγροποιημένη σταγόνα νερού σε ένα περιβάλλον ατμού από νερό. Έτσι, όπως και όλα τα άλλα σωματίδια, το μποζόνιο Χιγκς μπορεί να δημιουργηθεί στις συγκρούσεις που επιτυγχάνονται στη διάρκεια πειραμάτων που εκτελούνται στους επιταχυντές, αφού μπορεί και αντιδρά με όλα τα σωματίδια αν και προτιμάει τα «βαρύτερα» απ’ αυτά όπως είναι για παράδειγμα ο τελευταίος τύπος κουάρκ που ανακαλύφτηκε το 1995 στο Fermilab των ΗΠΑ.
Η Νέα Θεώρηση του Σύμπαντος
Μερικά από τα σωματίδια που δημιουργούνται στις συγκρούσεις του LHC δεν «επιζούν» παρά ελάχιστα γιατί σε ένα απειροελάχιστο κλάσμα του δευτερολέπτου διασπώνται σε ελαφρότερα σωματίδια και ορισμένα εξ αυτών διασπώνται ακόμη πιο πολύ. Οι διαδικασίες αυτές των διασπάσεων δημιουργούν χαρακτηριστικές «υπογραφές» που αποκαλύπτουν τα είδη των σωματιδίων τα οποία εμφανίζονται. Οι υπογραφές αυτές όμως θα πρέπει να είναι ολοκληρωμένες, να περιλαμβάνουν δηλαδή όλα τα επί μέρους σωματίδια που δημιουργήθηκαν από μία σύγκρουση και να μετρήσουν όλες τις ιδιότητές τους.
Αυτό απαιτεί από τους ανιχνευτές να περιλάβουν διάφορα στρώματα που θα μπορέσουν να συλλάβουν όλα τα παράγωγα των συγκρούσεων. Σε μια άλλη πειραματική διάταξη, για παράδειγμα, τον «Ανιχνευτή Μιονίων» που απασχολεί 2.500 ερευνητές και μηχανικούς, το εσώτερο στρώμα περιλαμβάνει 75 εκατομμύρια αισθητήρες. Ένα μεσαίο στρώμα, που είναι σχεδιασμένο να μετράει τις ενέργειες των φωτονίων και των ηλεκτρονίων περιλαμβάνει 80.000 κρυστάλλους, ενώ το επόμενο στρώμα είναι σχεδιασμένο να καταγράφει τα αδρόνια και τα μιόνια.
Όλη αυτή, λοιπόν, η «περιπέτεια ιδεών» που ξεκίνησε με τα πειράματα που έκανε ο Έρνεστ Ράδερφορντ το 1909 και τα οποία μας οδήγησαν στην διαπίστωση ότι η μεγαλύτερη ποσότητα της μάζας ενός ατόμου είναι συγκεντρωμένη στον πυρήνα του, μας έχει αναγκάσει να οδηγηθούμε στις σύγχρονες υποθέσεις μιας «νέας φυσικής» όπου όλα τα επονομαζόμενα θεμελιώδη σωματίδια ίσως να είναι απλές χορδές ενέργειας και ότι ίσως το Σύμπαν να περιλαμβάνει περισσότερες διαστάσεις από αυτές που γνωρίζουμε, και ότι ίσως να υπάρχουν και άλλων ειδών σωματίδια που δεν έχουμε μέχρι τώρα ανακαλύψει. Αυτά κι άλλα πολλά «παράξενα» στοιχεία ελπίζεται να ανακαλυφτούν σύντομα με την λειτουργία του νέου «Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων» (LHC) στο CERN και των Ανιχνευτών του.
Το ταξίδι αυτό στο παρελθόν γίνεται με την αναπαραγωγή στον επιταχυντή του CERN της τεράστιας ενέργειας που επικρατούσε στις πρώτες στιγμές μετά τη γέννηση του Σύμπαντος με μια Μεγάλη Έκρηξη. Θα πρέπει όμως να διευκρινίσουμε ότι όταν μιλάμε σήμερα για τις απαρχές του Σύμπαντος με μία «Μεγάλη Έκρηξη» δεν κάνουμε απλές εικασίες που δεν βασίζονται πουθενά, αλλά αντίθετα μιλάμε για ένα πλήρες, μαθηματικά θεμελιωμένο μοντέλο που δημιουργήθηκε με τη βοήθεια των δύο μεγάλων θεωριών του 20ου αιώνα, της Γενικής Σχετικότητας και της Κβαντικής Μηχανικής και συμπληρώθηκε τα τελευταία χρόνια με τις θεωρίες του Πληθωρισμού και των Υπερχορδών. Το μοντέλο μάλιστα αυτό επεξηγεί ικανοποιητικά πολλές από τις παρατηρήσεις και τα πειράματα που έχουν γίνει μέχρι τώρα.
Φυσικά όταν μιλάμε για την “Μεγάλη Έκρηξη” μην φανταστείτε κάτι σαν την έκρηξη ενός δυνατού βαρελότου! Η Μεγάλη Έκρηξη των κοσμολόγων δεν έχει καμιά σχέση με τις εκρήξεις που γνωρίζει ο καθένας από μας, είτε είναι βαρελότα είτε βόμβες υδρογόνου. Ο όρος μάλιστα “Μεγάλη Έκρηξη” είναι μάλλον παραπλανητικός και καθιερώθηκε από τον καθηγητή Φρεντ Χόυλ που ήταν και είναι ο κύριος πολέμιος της όλης αυτής θεωρίας για τη γέννηση του σύμπαντος. Με τον όρο «Μεγάλη Έκρηξη» οι σύγχρονοι επιστήμονες εννοούν μια εκθετική και απότομη διαστολή του Σύμπαντος από ένα απειροελάχιστο σημείο «ανυπαρξίας». Η γέννηση δηλαδή και η μετέπειτα εξέλιξη του Σύμπαντος είναι κατά κάποιον τρόπο το «ξεδίπλωμα» του χρόνου και του χώρου από μια κατάσταση υπερβολικής πυκνότητας και θερμότητας σε μια παγωμένη και τεράστια σε μέγεθος σημερινή ύπαρξη, σε έναν χώρο ο οποίος δημιουργείται καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται. Σ’ ένα Σύμπαν όπου σήμερα όλοι οι μακρινοί γαλαξίες φαίνονται να απομακρύνονται συνεχώς ο ένας από τον άλλο.
Μ’ αυτό φυσικά δεν υποστηρίζουμε ότι οι γαλαξίες είναι αυτοί που κινούνται, αλλά ότι ο μεταξύ τους χώρος είναι αυτός που μεγαλώνει («ξεχειλώνει»). Και ενώ τίποτα το υλικό δεν μπορεί να τρέξει με μεγαλύτερη ταχύτητα από την ταχύτητα του φωτός, αυτό δεν ευσταθεί για τον χώρο ο οποίος μπορεί να διαστέλλεται πολύ ταχύτερα και από την ταχύτητα ακόμη του φωτός. Μ’ αυτήν λοιπόν την έννοια η Μεγάλη Έκρηξη δεν ήταν παρά μια «έκρηξη» αυτού τούτου του χώρου, μια τεραστίων δηλαδή διαστάσεων διαστολή του («ξεχείλωμα») που συμπαρασύρει μαζί του και τους γαλαξίες, ενώ η «έκρηξη» έγινε συγχρόνως σ’ όλα τα σημεία του με αποτέλεσμα να μην υπάρχει σήμερα κάποιο συγκεκριμένο κέντρο στο Σύμπαν αφού το κέντρο βρίσκεται «παντού».
Πηγή: ptisidiastima.wordpress.com
*
*
Βίντεο για το θέμα, από το PhD comics >>>
*
*
Το CERN ανακοινώνει την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs
04/07/2012
(νεώτερη ενημέρωση 5)
O 83χρονος καθηγητής Peter Higgs συγχαίρει τους πειραματικούς φυσικούς για την ανακάλυψη του σωματιδίου που φέρει το όνομά του
*
==================
(νεώτερη ενημέρωση 4)
Η επίσημη ανακοίνωση από το CERN για την ανακάλυψη του σωματιδίου Χιγκς στα 125.3 – 126.5 GeV με ακρίβεια 5σ βρίσκεται ΕΔΩ
Τα αποτελέσματα που παρουσιάστηκαν προκαταρκτικά σήμερα (δείτε ΕΔΩ) βασίζονται στα δεδομένα που συλλέχθηκαν το 2011 και 2012 – δεδομένα του 2012 αναλύονται ακόμα. Η επίσημη δημοσίευση των σημερινών ανακοινώσεων αναμένεται να γίνει στο τέλος Ιουλίου. Μια πιο πλήρη εικόνα θα έχουμε προς το τέλος του έτους με την ανάλυση όλο και περισότερων δεδομένων …..
«Διαβήκαμε ένα νέο στάδιο στην κατανόηση της φύσης», δηλώνει σε ανακοίνωσή του ο γενικός διευθντής του CERN Ρολφ Χόγερ, σύμφωνα με όσα μεταδίδει το ΑΜΠΕ
«Η ανακάλυψη ενός σωματιδίου τα χαρακτηριστικά του οποίου είναι συμβατά με εκείνα του μποζονίου του Χιγκς… ανοίγει τον δρόμο για περισσότερο προωθημένες έρευνες, που χρειάζονται περισσότερα στατιστικά στοιχεία, και οι οποίες θα προσδιορίσουν τα χαρακτηριστικά του νέου σωματιδίου…Θα ανοίξει τον δρόμο και σε άλλα μυστήρια του Σύμπαντός μας», εξηγεί ο γενικός διευθυντής του CERN.
Λίγη ώρα πριν από την ανακοίνωση του Ρολφ Χόγερ, ο Τζο Ινκαντέλα εκπρόσωπος του προγράμματος του CERN ανακοίνωνε πολύ συγκινημένος κατά τη διάρκεια επιστημονικού σεμιναρίου που οργανώνεται από τον ευρωπαϊκό οργανισμό στη Γενεύη την πρόοδο των τελευταίων μηνών.
«Εντοπίσαμε ένα νέο μποζόνιο, αλλά έχουμε ανάγκη από περισσότερα στοιχεία» για να επαληθεύσουμε εάν πρόκειται για το μποζόνιο του Χιγκς, εξήγησε ενώπιον ακροατηρίου επιστημόνων.
Χιγκς: «Σαμπάνια!»
«Σαμπάνια! « : με αυτόν τον τρόπο εξέφρασε ο Bρετανός φυσικός Πίτερ Χιγκς, 83 ετών, τη χαρά του μετά την ανακοίνωση για την ανακάλυψη ενός νέου υποατομικού σωματιδίου «συμβατού» με το μποζόνιο που φέρει το όνομά του και του οποίου την ύπαρξη είχε προϋποθέσει εδώ και 50 χρόνια.
Ο καθηγητής Peter Higgs ακούει συγκινημένος την ανακοίνωση ανακάλυψης του μποζονίου Higgs
*
«Είμαι έκπληκτος από την απίστευτη ταχύτητα με την οποία υπήρξαν αυτά τα αποτελέσματα…Ποτέ δεν είχα διανοηθεί ότι θα παρακολουθούσα εν ζωή κάτι τέτοιο και θα ζητήσω από την οικογένειά μου να βάλει τη σαμπάνια να παγώνει», αναφέρει σε ανακοίνωσή του η οποία εστάλη από το Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου όπου διδάσκει.
Ο ίδιος ωστόσο ήταν παρών στο επιστημονικό σεμινάριο που οργανώθηκε από το CERN στη Γενεύη για την παρουσίαση των ιστορικών αποτελεσμάτων του Μεγάλου Πειράματος.
Το 1964, ο Πίτερ Χιγκς είχε προεξοφλήσει την ύπαρξη του μποζονίου που φέρει το όνομά του, διατυπώνοντας μαζί με τους συναδέλφους του Ρόμπερτ Μπράουτ και Φρανσουά Ενγκλερτ, τη θεωρία του πεδίου Χιγκς, ενός πεδίου που διαπερνά το Σύμπαν δίνοντας μάζα στα στοιχειώδη σωματίδια.
*
==================
(νεώτερη ενημέρωση 3)
*
ομάδα ATLAS: Μάζα μποζονίου Higgs 126.5 GeVμε ακρίβεια 5.0 σ
Το σωματίδιο Higgs ΑΝΑΚΑΛΥΦΘΗΚΕ και από τα δυο πειράματα!!
======================
(νεώτερη ενημέρωση 2)
Τελικό συμπέρασμα από τον Joseph Incandela, ομιλητή εκ μέρους της ομάδας CMS:
Η ομάδα CMS ανίχνευσε το μποζόνιο Higgs με μάζα 125.3±0.6 GeV και ακρίβεια 4.9 σίγμα.
Τώρα στο βήμα από την ομάδα ATLAS, η Fabiola Gianotti…….
==================
(νεώτερη ενήμέρωση 1)
Ανιχνεύθηκε ένα σωματίδιο που διασπάται σε δυο φωτόνια με ακρίβεια 4σ στα 125 GeV, ενώ η διάσπασή του στο κανάλι ΖΖ 4-λεπτονίων παρατηρήθηκε με ακρίβεια 3,2σ.
Συνδυάζοντας τα αποτελέσματα αυτά μιλάμε πλέον για ανίχνευση του μποζονίου Χιγκς με ακρίβεια 5σ. Αυτό σημαίνει στην γλώσσα των φυσικών ότι το σωματίδιο Χιγκς πράγματι ΑΝΑΚΑΛΥΦΘΗΚΕ χωρίς καμμιά αμφιβολία!
=============
Σήμερα το πρωί, Τετάρτη 4-7-2012, θα αρχίσει στο CERN ένα ιστορικό σεμινάριο. Εκεί αναμένεται η ανακοίνωση – με ακρίβεια (συν/πλην) 1 GeV – της τιμής της τελευταίας παραμέτρου του Καθιερωμένου Προτύπου των Στοιχειωδών Σωματιδίων. Πρόκειται για το μποζόνιο Χιγκς που “ευθύνεται” για την μάζα των υπόλοιπων στοιχειωδών σωματιδίων.
Παρακολουθείστε ζωντανά την επίσημη ανακοίνωση της ανακάλυψης του μποζονίου Χιγκς ΕΔΩ: CERN webcast.
Πηγή: physicsgg.wordpress.com
*
H-Day: Περιμένοντας το…μποζόνιο Χίγκς
02/07/2012
(νεώτερη ενημέρωση 3-7-2012)
Όργιο φημών και διαρροών
Ενώ η αγωνία των φυσικών και όχι μόνο κορυφώνεται εν όψει των αναμενόμενων αυριανών ανακοινώσεων για το μποζόνιο Χιγκς ένα βίντεο που διέρρευσε για λίγο στην ιστοσελίδα του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Ερευνών (CERN) εντείνει τις προσδοκίες.
Στο βίντεο, το οποίο «ανέβηκε» σήμερα αλλά είχε αυριανή ημερομηνία και αποσύρθηκε πάραυτα μόλις άρχισαν τα τηλέφωνα από τα διεθνή μέσα ενημέρωσης, ο Τζο Ινκαντέλα, εκπρόσωπος Τύπου του πειράματος CMS, επιβεβαιώνει ότι οι ερευνητές έχουν ανακαλύψει ένα νέο σωματίδιο, χωρίς όμως να κατονομάζει συγκεκριμένα το Χιγκς.
Απαντώντας στην εφημερίδα »Telegraph» (όπου μπορείτε να δείτε και το «επίμαχο» βίντεο) υπεύθυνοι του CERN επέμειναν ότι αυτό αποτελεί «ένα από πολλά» βίντεο που είχαν ετοιμαστεί για τις διάφορες πιθανές εκβάσεις των ερευνών, το επιχείρημα αυτό όμως δεν πείθει απόλυτα. Όπως και να έχει, αύριο θα έχουμε την πλήρη απάντηση – και άρα την επιβεβαίωση ή διάψευσή του.Μποζόνιο περίπου στην ίδια μάζα
Στο βίντεο ο κ. Ινκαντέλα δηλώνει ξεκάθαρα: «Εχουμε παρατηρήσει ένα νέο σωματίδιο. Εχουμε πολύ ισχυρές ενδείξεις ότι κάτι υπάρχει εκεί, η εξακρίβωση των ιδιοτήτων του θα πάρει όμως ακόμη λίγο χρόνο».
Ο εκπρόσωπος του CMS προσθέτει ότι το σωματίδιο που ανακαλύφθηκε διασπάται σε δυο φωτόνια – γεγονός το οποίο σημαίνει ότι πρόκειται για μποζόνιο –, ότι έχει ακέραιη ιδιοστροφορμή (spin) και ότι η μάζα του είναι 130 φορές μεγαλύτερη από αυτή του πρωτονίου – δηλαδή γύρω στα 121 γιγαηλεκτρονιοβόλτ (Gev).
Η μάζα του Χιγκς έχει «εντοπισθεί» από τους ερευνητές που αναζητούν το φευγαλέο σωματίδιο γύρω στα 125 γιγαηλεκτρονιοβόλτ, όπως όμως επισημαίνει το περιοδικό «New Scientist» η διατύπωση των φράσεων του κ. Ινκαντέλα είναι αρκετά αόριστη ώστε να μπορεί κανείς να συμπεράνει ότι η αυριανή ανακοίνωση τοποθετεί πιθανώς το Χιγκς πιο κοντά στα 121 γιγαηλεκτρονιοβόλτ.Μπορεί Χιγκς αλλά μπορεί και όχι
Ο κ. Ινκαντέλα μιλάει για «τη μεγαλύτερη ανακάλυψη στον τομέα μας τα τελευταία 30 με 40 χρόνια», από τα λεγόμενά του όμως δεν γίνεται σαφές αν το σωματίδιο που ανακάλυψαν οι ερευνητές του CERN μοιάζει με το μποζόνιο Χιγκς έτσι όπως υπαγορεύεται από το Καθιερωμένο Μοντέλο ή αν δεν ταιριάζει επακριβώς με αυτή την περιγραφή.
«Αν τα πράγματα είναι έτσι, τότε έχουμε κάτι πραγματικά σημαντικό εδώ» τονίζει χαρακτηριστικά. «Θα μπορούσε να είναι μια πύλη, αν θέλετε, προς την επόμενη φάση εξερεύνησης της βαθύτερης στόφας από την οποία είναι φτιαγμένο το Σύμπαν, κάτι το οποίο είναι πολύ σημαντικό αν το σκεφτείτε».
Ο εκπρόσωπος του CMS υπογραμμίζει ωστόσο ότι τα αποτελέσματα είναι ακόμη αρχικά, συγκρίνοντας τον όγκο των δεδομένων των πειραμάτων με τους κόκκους άμμου που θα μπορούσαν να γεμίσουν μια Ολυμπιακή πισίνα και αφήνει ανοιχτό ένα ενδεχόμενο να μην βρισκόμαστε τελικά μπροστά στο μποζόνιο Χγικς.
«Θα μπορούσε να είναι κάτι το οποίο συχνά αποκαλούμε σωματίδιο παρόμοιο με το Χιγκς» επισημαίνει ο κ. Ινκαντέλα. «Αν δεν ταιριάζει σε σημαντικό βαθμό, αυτό θα το δούμε μέσα σε αυτόν τον χρόνο». news.in.gr
====================
Εντονη φημολογία ότι την Τετάρτη 4 Ιουλίου (αναφέρεται χαρακτηριστικά ως H-Day) θα ανακοινωθεί επίσημα η ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs
Παρακολουθείστε ζωντανά τις ανακοινώσεις ΕΔΩ: webcast.web.cern.ch/webcast
Το μποζόνιο Χιγκς επανέρχεται στο προσκήνιο εν όψει του Διεθνούς Συνεδρίου Φυσικής Υψηλής Ενέργειας οι εργασίες του οποίου ξεκινούν την Τετάρτη στη Μελβούρνη. Οι επιστήμονες του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Πυρηνικών Ερευνών (CERN) αναμένεται να ανακοινώσουν τα αποτελέσματα των πρόσφατων ερευνών για το περίφημο μποζόνιο Χιγκς το οποίο οι επιστήμονες αναζητούν μάταια τις τελευταίες δεκαετίες. Τα τελευταία 24ωρα μάλιστα έχει αναπτυχθεί έντονη φημολογία ότι οι επιστήμονες του CERN θα ανακοινώσουν τον εντοπισμό του μυστηριώδους σωματιδίου.
Φευγαλέο ίχνος…
Τον περασμένο Δεκέμβριο οι ανεξάρτητες ερευνητικές ομάδες του ATLAS και του CMS, των δυο πειραμάτων του CERN για τον εντοπισμό του μποζονίου Χιγκς, είχαν ανακοινώσει ότι είχαν δει ένα «φευγαλέο ίχνος» του σωματιδίου και συγκεκριμένα ένα πλεόνασμα αλληλεπιδράσεων, περίπου στην ίδια μάζα (στα 126 και στα 124 γιγαηλεκτροβόλτ αντίστοιχα).
Πράγματι, επρόκειτο για μια σύμπτωση των αποτελεσμάτων η οποία δεν μπορούσε να θεωρηθεί τυχαία, ιδιαίτερα τη στιγμή που οι δυο ομάδες διεξάγουν τις έρευνές τους «τυφλά», χωρίς δηλαδή να γνωρίζει η μια τα αποτελέσματα της άλλης προκειμένου να διασφαλιστεί η αντικειμενικότητα των συμπερασμάτων τους.
Ωστόσο η επεξεργασία των δεδομένων βρισκόταν ακόμη σε ένα στάδιο το οποίο δεν μπορούσε να αποκλείσει το ενδεχόμενο λάθους (η στατιστική βεβαιότητα στο σημείο εκείνο δεν ξεπερνούσε τα δυο σίγμα, όταν για την κατοχύρωση μιας ανακάλυψης απαιτούνται πέντε σίγμα – δηλαδή περιθώριο λάθους ένα στο εκατομμύριο). Για τον λόγο αυτόν οι επιστήμονες είχαν δηλώσει επιφυλακτικοί έως ότου προχωρήσουν στην εξέταση περισσότερων δεδομένων.
Οι φήμες
Σύμφωνα με πολλά διεθνή ΜΜΕ η περαιτέρω εξέταση των δεδομένων στους μήνες που ακολούθησαν επιβεβαίωσε τα πρώτα συμπεράσματα, φέρνοντας τους ερευνητές πολύ κοντά στην απόδειξη της ύπαρξης του φευγαλέου σωματιδίου. Χαρακτηριστικό είναι το ρεπορτάζ της βρετανικής Daily Mail όπου αναφέρεται ότι οι επιστήμονες του CERN θα πουν ότι είναι 99,99% βέβαιοι ότι το μποζόνιο Χιγκς εντοπίστηκε.
Το μποζόνιο Χιγκς
Το σωματίδιο πήρε το όνομά του από τον βρετανό επιστήμονα Πίτερ Χιγκς ο οποίος ήταν ο πρώτος που μίλησε για αυτό πριν από 45 χρόνια. Αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο της σωματιδιακής Φυσικής αφού καλύπτει το κενό στις θεωρίες για την ύπαρξη της μάζας στην ύλη.
Το μποζόνιο Χιγκς είναι το μόνο από τα σωματίδια του Καθιερωμένου Μοντέλου που εξακολουθεί να διαφεύγει από τα όργανα παρατήρησης των ερευνητών. Αυτό συμβαίνει γιατί, σύμφωνα με τη θεωρία, εμφανίζεται μόνο σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες σαν αυτές που παρήχθησαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Τι είναι μποζόνιο;
Χονδρικά, μποζόνια είναι τα σωματίδια που λειτουργούν ως φορείς των φυσικών δυνάμεων των αντίστοιχων πεδίων. Το φωτόνιο, για παράδειγμα, είναι το σωματίδιο του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και μεταδίδει την ηλεκτρομαγνητική δύναμη στη μορφή φωτός. Τα μποζόνια έρχονται σε αντιδιαστολή με τα φερμιόνια, τα σωματίδια από τα οποία αποτελείται η ύλη.Τι είναι το μποζόνιο του Χιγκς;
Το μποζόνιο του Χιγκς είναι το σωματίδιο που αντιστοιχεί στο πεδίο του Χιγκς, το οποίο προσδίδει μάζα στην ύλη. Είναι στοιχειώδες σωματίδιο, δηλαδή δεν έχει εσωτερική δομή και δεν αποτελείται από άλλα, συστατικά σωματίδια. Παρόλα αυτά, είναι εξαιρετικά ασταθές και όταν σχηματιστεί καταρρέει σχεδόν ακαριαία και δίνει άλλα υποατομικά σωματίδια. Οι επιστήμονες κουράστηκαν πολύ να προσδιορίσουν την πιθανή του μάζα, η οποία εκτιμάται τώρα στα γύρω στα 121 γιγαηλεκτρονιοβόλτ (Gev), περίπου 130 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του πρωτονίου.Τι είναι το πεδίο Χιγκς;
Αν και λέγεται και γράφεται ευρέως ότι το μποζόνιο του Χιγκς δίνει στα στοιχειώδη σωματίδια τη μάζα τους, αυτό δεν είναι απόλυτα σωστό. Τη μάζα τη δίνει το πεδίο του Χιγκς, το οποίο δεν την δημιουργεί εκ του μηδενός αλλά την εμπεριέχει από πριν ως ενέργεια.Τη στιγμή που εμφανίστηκε το Σύμπαν, τα στοιχειώδη σωματίδια δεν είχαν μάζα. Αυτό άλλαξε ένα τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου αργότερα, όταν εμφανίστηκε το πεδίο του Χιγκς, λέει η θεωρία. Ορισμένα σωματίδια όπως το φωτόνιο μπορούν να κινούνται μέσα στο πεδίο χωρίς να συναντούν αντίσταση, γι’ αυτό και δεν έχουν μάζα. Άλλα σωματίδια, όπως το πρωτόνιο και το ηλεκτρόνιο, κολυμπούν με δυσκολία μέσα στο πεδίο. Και όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση που συναντούν, τόσο μεγαλύτερη η μάζα τους.
Γιατί το Χιγκς αποκαλείται «σωματίδιο του Θεού;»
Πρόκειται για ατυχές παρατσούκλι με το οποίο δυσανασχετoύν πολλοί επιστήμονες,συμπεριλαμβανομένου του ίδιου του Πίτερ Χιγκς που δηλώνει άθεος. Η ονομασία προέρχεται από το βιβλίο The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question? («Το Σωματίδιο του Θεού: Αν το Σύμπαν είναι η απάντηση, τότε ποια είναι η ερώτηση;» που εκδόθηκε το 1993. Ο συγγραφέας του, ο νομπελίστας φυσικός Λίον Λέντερμαν, έχει παραδεχτεί ότι δέχτηκε πιέσεις από τους εκδότες να αλλάξει το όνομα που είχε αρχικά επιλέξει: The Goddamn Particle, ή «το καταραμένο σωματίδιο» σε ελεύθερη απόδοση.
Πού βρίσκεται στη φύση το μποζόνιο του Χιγκς;
Τα μποζόνια Χιγκς δεν υπάρχουν πουθενά σε σταθερή κατάσταση. Δεν μπορεί κανείς να μαζέψει σε ένα κουτί μποζόνια Χιγκς. Το σωματίδιο υπάρχει μόνο στιγμιαία σε συνθήκες ακραίας θερμοκρασίας, ή ενέργειας όπως προτιμούν να λένε οι φυσικοί. Τέτοιες θερμοκρασίες υπήρξαν μερικές στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και παράγονται σήμερα στο τούνελ του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN. Το σωματίδιο μπορεί επίσης να εμφανίζεται στιγμιαία σε τυχαία συμβάντα υψηλής ενέργειας, για παράδειγμα κατά την πρόσκρουση κοσμικών ακτίνων στη γήινη ατμόσφαιρα, ωστόσο δεν είναι συστατικό της καθημερινής πραγματικότητας.Υπάρχουν όμως και τα λεγόμενα «εικονικά» σωματίδια Χιγκς, τα οποία εμφανίζονται κυριολεκτικά από το πουθενά και εξαφανίζονται μια στιγμή αργότερα. Τα στοιχειώδη σωματίδια που έχουν μάζα πιστεύεται ότι αποκτούν αυτή την ιδιότητα όταν αλληλεπιδρούν με το πεδίο μέσω εικονικών σωματιδίων.
Με άλλα λόγια, το Χιγκς μπορεί να εμφανιστεί οπουδήποτε αλλά μόνο για μια στιγμή.
Υπάρχει περίπτωση να βρούμε και δεύτερο μποζόνιο του Χιγκς;
Ναι. Μεταξύ άλλων, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων θα μπορούσε να προσφέρει ενδείξεις για τη λεγόμενη θεωρία της υπερσυμμετρίας, η οποία προβλέπει ότι για κάθε σωματίδιο που γνωρίζουμε υπάρχει ένα αντίστοιχο, «υπερσυμμετρικό» σωματίδιο με μεγαλύτερη μάζα. Σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει να υπάρχει ένα υπερσυμμετρικό αντίστοιχο του Χιγκς (το sHiggs), ενώ υπάρχουν και θεωρητικά μοντέλα που προβλέπουν πέντε ή και επτά παραλλαγές του Χιγκς.
Πώς θα ήταν ένα Σύμπαν χωρίς το Χιγκς;Δύσκολο να απαντήσει κανείς, μαθηματικά όμως ίσως θα υπήρχε αυτή η δυνατότητα. Θα ήταν ένα Σύμπαν πιο ελαφρύ από πούπουλο, χωρίς καθόλου μάζα και επομένως χωρίς βαρύτητα. Και χωρίς βαρύτητα δεν θα υπήρχαν άστρα, πλανήτες, άνθρωποι.
Λύνει οριστικά το Χιγκς το πρόβλημα της μάζας;
Πολλοί πιστεύουν πως όχι. Το πεδίο Χιγκς αλληλεπιδρά με τα στοιχειώδη σωματίδια, κανείς όμως δεν γνωρίζει γιατί ορισμένα σωματίδια αλληλεπιδρούν περισσότερο και έχουν μεγάλη μάζα, ενώ άλλα δεν αλληλεπιδρούν καθόλου και είναι αβαρή. Με άλλα λόγια, δεν υπάρχει τρόπος να προβλεφθεί θεωρητικά η μάζα ενός οποιοδήποτε σωματιδίου, και αυτό θεωρείται σημαντικό κενό από ορισμένους φυσικούς.Γιατί είναι τόσο δύσκολη η επιβεβαίωση της ύπαρξης του Χιγκς;
Πρώτον, το φευγαλέο σωματίδιο εμφανίζεται μόνο σε ακραίες θερμοκρασίες, τις οποίες μπορεί να πετύχει με σιγουριά μόνο ο LHC, o ισχυρότερος και ακριβότερος επιταχυντής. Δεύτερον, το Χιγκς εμφανίζεται πολύ σπάνια στις συγκρούσεις πρωτονίων μέσα στον LHC, επομένως οι ερευνητές πρέπει να εξετάζουν τρισεκατομμύρια συμβάντα για να δουν έστω και ένα μικρό ίχνος του. Τρίτον, το μποζόνιο είναι είναι τόσο βραχύβιο ώστε διασπάται πριν φτάσει καν στους ανιχνευτές του επιταχυντή. Επομένως, η ανίχνευσή του δεν μπορεί να γίνει άμεσα. Οι ερευνητές απλά συμπεραίνουν την ύπαρξή του επειδή το σωματίδιο λάμπει διά τις απουσίας του: η ανάλυση δείχνει ότι εξαφανίστηκε μια μικρή ποσότητα από την ενέργεια της σύγκρουσης, και η ποσότητα αυτή πρέπει να αντιστοιχεί στην ενέργεια, και επομένως στη μάζα, ενός άφαντου σωματίδιου.Τι είναι το Καθιερωμένο Μοντέλο;
Είναι το σύνολο των εξισώσεων που περιγράφουν τις ιδιότητες και τη συμπεριφορά όλων των στοιχειωδών σωματιδίων. Το μοντέλο περιγράφει πώς λειτουργούν οι τρεις από τις τέσσερις φυσικές δυνάμεις: η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, δηλαδή ο ηλεκτρισμός, ο μαγνητισμός και το φως· η ισχυρή πυρηνική δύναμη, η οποία συγκρατεί τα σωματίδια στον πυρήνα των ατόμων· και η ασθενής πυρηνική δύναμη, η οποία περιγράφει ορισμένες μορφές ραδιενεργών αντιδράσεων. Το μοντέλο δεν έχει καταφέρει να ενσωματώσει τη βαρύτητα -η καλύτερη περιγραφή αυτής της δύναμης μέχρι σήμερα είναι η Γενική Σχετικότητα του Αϊνστάιν, η οποία όμως είναι ασύμβατη με το μοντέλο.Ποιος είναι ο ρόλος του Χιγκς στο Καθιερωμένο Μοντέλο;
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.Πώς εμφανίστηκε η ιδέα για το πεδίο του Χιγκς;
Ο μηχανισμός του Χιγκς προτάθηκε προκειμένου να καταστήσει το μέγεθος της μάζας συμβατό με τις εξισώσεις της σωματιδιακής φυσικής. Επιπλέον, όμως, συνετέλεσε στο να ενοποιηθούν, δηλαδή να περιγραφούν με κοινό τρόπο, δύο από τις τέσσερις φυσικές δυνάμεις: η ηλεκτρομαγνητική δύναμη (που προέκυψε με τη σειρά της από την ενοποίηση του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού) και η ασθενής πυρηνική δύναμη, η οποία περιγράφει ορισμένες ραδιενεργές αντιδράσεις, όπως αυτές που τροφοδοτούν τον Ήλιο. Αυτό που προέκυψε είναι η λεγόμενη «ηλεκτρασθενής δύναμη», η οποία επέτρεψε στους θεωρητικούς φυσικούς να προχωρήσουν ένα βήμα προς τον απώτερο, απόλυτο στόχο τους: να περιγράψουν μια θεωρία των πάντων, η οποία εξηγεί όλες τις φυσικές δυνάμεις ως παράγωγα μιας κοινής δύναμης που υπήρχε μόνη της τη στιγμή που γεννήθηκε το Σύμπαν.Πώς βοήθησε ο μηχανισμός του Χιγκς τη θεωρία της ηλεκτρασθενούς δύναμης;
Στην προσπάθειά τους να βρουν την κοινή προέλευση της ηλεκτρομαγνητικής και της ασθενούς δύναμης, οι φυσικοί στα μέσα του προηγούμενου αιώνα συνάντησαν ένα σημαντικό εμπόδιο: το φωτόνιο, το σωματίδιο που λειτουργεί ως φορέας της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης, δεν έχει μάζα. Αντίθετα, τα σωματίδια που μεταδίδουν την ασθενή πυρηνική δύναμη, τα μποζόνια W και Z, έχουν μάζα και μάλιστα μεγάλη. Πώς λύνεται το πρόβλημα; Σύμφωνα με την κρατούσα πλέον δύναμη, το πρώτο τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη τίποτα στο Σύμπαν δεν είχε μάζα, οπότε μπορούσε να υπάρχει ένα αβαρές σωματίδιο-φορέας της ηλεκτρασθενούς δύναμης. Στη συνέχεια, όμως, εμφανίστηκε το πεδίο του Χιγκς, το οποίο «έσπασε τη συμμετρία» ανάμεσα στην ηλεκτρομαγνητική και την ασθενή δύναμη και τις έκανε να μοιάζουν διαφορετικές, ή ασύμμετρες, όπως τις βλέπουμε σήμερα.
www.tovima.gr – www.dailymail.co.uk
(νεώτερη ενημέρωση 2-7-2012)
Εν τω μεταξύ ανακοινώθηκε και η τελευταία ανάλυση στα δεδομένα του επιταχυντή Tevatron στο Fermilab που που προσδιορίζει τη μάζα του σωματιδίου Χιγκς στο διάστημα 115 έως 135 GeV
Διαβάστε λεπτομέρειες: A 2.5 Sigma Higgs Signal From The Tevatron !
By Tommaso Dorigo
Ο Tevatron δεν μπορεί να προσφέρει περισσότερα στοιχεία, αφού έκλεισε πέρυσι οριστικά έπειτα από 11 χρόνια αναζήτησης του Χιγκς. Η σημερινή ανακοίνωση (Δευτέρα 2 Ιουλίου 2012) βασίστηκε στην τελική ανάλυση των δεδομένων που είχε συγκεντρώσει στο παρελθόν.
Κάποιοι φυσικοί με χιούμορ κατασκεύασαν το παρακάτω βίντεο που δείχνει την αντίδραση του Χίτλερ όταν μαθαίνει πως ο επιταχυντής Tevatron έκλεισε
Πηγή: physicsgg.wordpress.com
*
Μποζόνιο Higgs : Το σωματίδιο του ΘεούΆρθρο, Φεβρουάριος 2008 |
| Το μποζόνιο Higgs μας περιμένει να το ανακαλύψουμε στο νέο επιταχυντή LHC στο CERN |
μετά το καλοκαίρι του 2008. Αλλά τι είναι; Γιατί να υπάρχει;
Ή μήπως δεν υπάρχει και η θεωρία μας πρέπει να τροποποιηθεί δραματικά;
Ξέρουμε πολλά τώρα, μετά από δεκαετίες πειραμάτων στους μεγάλους επιταχυντές. Στον επιταχυντή Tevatron στο Fermilab, στους LEP 1 και 2 στο CERN, στον KEK-B στην Ιαπωνία, στον PEP2 στο SLAC, στον HERA του DESY στο Αμβούργο, κλπ Αλλά όλοι θα υποκλιθούν σύντομα στο Μεγάλο Συγκρουστή Αδρονίων : το LHC στο CERN. Αυτή η μηχανή, κατά πάσα πιθανότητα, θα απαντήσει στην ερώτηση: ποιά είναι η προέλευση της διάσπασης της ηλεκτρασθενούς συμμετρίας; Δηλαδή γιατί οι φορείς της ασθενούς πυρηνικής δύναμης, τα μποζόνια W και Z, έχουν μάζα (και μάλιστα μεγάλη μάζα) και το φωτόνιο δεν έχει καθόλου μάζα;
Κι αν φανούμε τυχεροί μπορούμε να φτάσουμε σε μια απάντηση στο ζήτημα αυτό: γιατί τα θεμελιώδη σωματίδια έχουν μάζες και γιατί έχουν τόση μάζα; Αλλά κι αν ακόμα το μάθουμε τι θα σημαίνει για μας; Και τι θα ακολουθήσει;
Βάσει του Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής Φυσικής στις πρώτες στιγμές του Κόσμου τα γνωστά υποατομικά σωματίδια, όπως είναι τα ηλεκτρόνια ή τα κουάρκ απέκτησαν τη μάζα τους μέσω μιας διαδικασίας που λέγεται μηχανισμός Higgs. Μάλιστα μπορεί η διαδικασία αυτή να εξακολουθεί να δρα στο παρασκήνιο και το σχετιζόμενο με αυτή σωματίδιο, το μποζόνιο Higgs, θεωρείται ότι κρύβεται ως ιδιότητα του κενού. Με την προσθήκη μιας μεγάλης ποσότητας ενέργειας σε έναν πολύ μικρό χώρο, είναι δυνατός ο εξαναγκασμός σε «εμφάνιση» του σωματιδίου Higgs.
Με άλλα λόγια πιστεύουμε ότι ολόκληρο το σύμπαν διαπερνάται από ένα «πεδίο Higgs», το οποίο σχετίζεται με ένα τουλάχιστον σωματίδιο που δεν έχει ακόμη ανιχνευθεί, το μποζόνιο Higgs. Σε αυτό το πλαίσιο, όλα τα σωματίδια της ύλης που γνωρίζουμε αποκτούν μάζα μέσω της αλληλεπίδρασης τους με αυτό το πεδίο. Κι όσο περισσότερο αλληλεπιδρά ένα σωματίδιο με το πεδίο Higgs, τόσο μεγαλύτερη αντίσταση συναντά στην κίνηση του και κατά συνέπεια τόσο βαρύτερο είναι.
Μέχρι τώρα μόνο ο επιταχυντής σωματιδίων Tevatron στο εργαστήριο Fermilab είχε την ικανότητα της δημιουργίας μιας ενεργητικής δέσμης. Στο Tevatron συγκεκριμένα συγκρούονται πρωτόνια με αντι-πρωτόνια με ενέργεια 2000 φορές περίπου μεγαλύτερη από την ενέργεια ηρεμίας του πρωτονίου. Μετά το καλοκαίρι του 2008 όμως η μέγιστη ενέργεια αλληλεπίδρασης σωματιδίων αναμένεται να γίνει 15.000 φορές μεγαλύτερες από τη μάζα ηρεμίας του πρωτονίου, κι αυτό θα συμβεί στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) κοντά στη Γενεύη.
Λόγω της δομής των πρωτονίων και αντιπρωτονίων – αποτελούνται από τρία κουάρκ – ως βλήματα σε έναν επιταχυντή σωματιδίων, θα παραχθούν δεκάδες σωματίδια μαζί με αυτά που παρουσιάζουν ερευνητικό ενδιαφέρον (όπως είναι τα μποζόνια Higgs) σε κάθε σύγκρουση. Για την ανίχνευση των μποζονίων Higgs ξέρουμε ήδη από προηγούμενες θεωρίες ότι αποκλείονται να έχουν με άμεσο ή έμμεσο τρόπο μάζα μικρότερη των 114 GeV.
Το Καθιερωμένο Μοντέλο για τις ιδιότητες και αλληλεπιδράσεις των δομικών μονάδων του Κόσμου μας μπορεί να πρόσφερε απαντήσεις σε πληθώρα ερωτήματα και προβλήματα, αλλά δημιούργησε και σημαντικά προβλήματα όπως είναι το πρόβλημα της προέλευσης της μάζας.
Μέχρι της αρχές της δεκαετίας του 1930, τα γνωστά θεμελιώδη σωματίδια ήταν μόνο δύο: το ηλεκτρόνιο και το πρωτόνιο. Με την ανακάλυψη του νετρονίου, του ποζιτρονίου, του μιονίου, του πιονίου και των νετρίνων ξεκίνησε μια νέα εποχή της σωματιδιακής Φυσικής. Η τεχνολογική εξέλιξη των επιταχυντών ήταν αυτή που επέτρεψε την αύξηση της ενέργειας τους κατά 10 φορές ανά δεκαετία περίπου, και προσέφερε ένα ολόκληρο φάσμα από νέα σωματίδια με μια ευρεία περιοχή μαζών. Το γεγονός ότι τα σωματίδια που ανακαλύφθηκαν είχαν διαφορετικές μάζες το καθένα, ανάγκαζε τους φυσικούς να απαντήσουν επιτακτικά στο ερώτημα της προέλευσης της μάζας όλων αυτών των σωματιδίων. Αργότερα κατάλαβαν ότι πρέπει να υπάρχει κάποιος βασικός μηχανισμός που να καθορίζει τις μάζες των νέων σωματιδίων, αλλά δεν υπήρχε κάποιο ικανοποιητικό θεωρητικό υπόβαθρο ή μοντέλο που να προσεγγίζει έστω τον μηχανισμό αυτό.
Στη δεκαετία του ’60 οι εξελίξεις στη θεωρητική και πειραματική φυσική επέτρεψαν την ανάπτυξη του Καθιερωμένου Μοντέλου για την εξήγηση όλων σχεδόν των πειραματικών δεδομένων, μέσω της περιγραφής τους με τα κβαντικά πεδία βαθμίδας. Η περιγραφή αυτή έδωσε εκπληκτικές συμφωνίες ανάμεσα στα πειραματικά δεδομένα και τις διάφορες θεωρίες.
Με τη βοήθεια της ηλεκτρασθενούς θεωρίας, που περιγράφει την ηλεκτρομαγνητική και την ασθενή πυρηνική αλληλεπίδραση με ενιαίο τρόπο, οι μάζες των σωματιδίων της ύλης καθώς και των σωματιδίων «φορέων» της αλληλεπίδρασης προέρχονται από την αλληλεπίδραση με το σωματίδιο Higgs, χωρίς όμως να μπορεί να εξηγήσει κάτι παραπάνω για την προέλευση τους ή την ιεραρχική τους κατανομή βάσει μεγέθους. Ουσιαστικά δηλαδή οι μάζες των σωματιδίων της ύλης παρουσιάζονται στο Καθιερωμένου Μοντέλο ως ελεύθερες φαινομενικά παράμετροι. Από την άλλη πλευρά, στην κβαντική χρωμοδυναμική (που περιγράφει την ισχυρή πυρηνική αλληλεπίδραση) η προέλευση των μαζών των κουάρκ περιλαμβάνεται στην όλη περιγραφή, όχι όμως και η προέλευση των μαζών των λεπτονίων. Έτσι, στο Καθιερωμένο Μοντέλο οι μάζες των κουάρκ προέρχονται από τη θεώρηση της ισχυρής αλλά και της ηλεκτρασθενούς αλληλεπίδρασης, τοποθετώντας τα σε μια κατά κάποιον τρόπο «πλεονεκτική» θέση.
Ιστορικά οι κλίμακες μάζας και ενέργειας που παρατηρούνται διαδραμάτισαν κεντρικό ρόλο στην ανάπτυξη της Φυσικής των υποατομικών φαινομένων. H κανονικότητα στο φάσμα μαζών αποτελεί ταυτόχρονα ένδειξη αλλά και δοκιμασία για την ανάπτυξη των σχετικών θεωριών. Ας αναλογιστεί κανείς ότι τα ενεργειακά επίπεδα του ατόμου του υδρογόνου οδήγησαν στην ανάπτυξη της κβαντομηχανικής, και το φάσμα μαζών των αδρονίων (σωματιδίων που «αισθάνονται» και την ισχυρή πυρηνική αλληλεπίδραση) στη συμμετρία SU(3), στο μοντέλο των κουάρκ, στην κβαντική χρωμοδυναμική και στη θεωρία των χορδών. Σε αντίθεση, το φάσμα μαζών των λεπτονίων δεν προσφέρει κάποια ένδειξη για τη δυναμική του πεδίου Higgs διότι δεν χαρακτηρίζεται από κανονικότητα.
Σήμερα πιστεύουμε ότι ο μηχανισμός βάσει του οποίου αποκτούν μάζα τα σωματίδια της ύλης προαπαιτεί την ύπαρξη ενός πεδίου – του πεδίου Higgs – το οποίο γίνεται αισθητό παντού ακόμα και στο κενό. Το πεδίο αυτό είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία της μάζας των σωματιδίων μέσω της αλληλεπίδρασης του με αυτά. Η αλληλεπίδραση ενός σωματιδίου και του πεδίου Higgs προσφέρει ένα πλεόνασμα δυναμικής ενέργειας Higgs Ε στο σωματίδιο και αυτό αντιστοιχεί στη μάζα του σωματιδίου (με τη βοήθεια της εξίσωσης E = mc2).
Οι δε διαφορετικές μάζες των σωματιδίων εξηγούνται αν δεχθούμε ότι αυτά αλληλεπιδρούν με το πεδίο Higgs με διαφορετική ισχύ, το γιατί όμως οι αλληλεπιδράσεις διαφορετικών σωματιδίων με το πεδίο Higgs είναι διαφορετικές παραμένει άλυτο πρόβλημα μέχρι σήμερα.
Η ύπαρξη του πεδίου Higgs προϋποθέτει και την ύπαρξη του σωματιδίου Higgs – του φορέα του πεδίου αυτού. Η μελλοντική ανακάλυψη του σωματιδίου αυτού θα επαληθεύσει την ύπαρξη και του πεδίου Higgs και τη θεωρία των φυσικών για την προέλευση της μάζας. Είναι δε προφανές ότι ένα σωματίδιο με μεγάλη μάζα αλληλεπιδρά με το πεδίο Higgs – και κατ’ επέκταση με το σωματίδιο Higgs – εντονότερα από ότι ένα σωματίδιο με μικρότερη μάζα. Η συμπεριφορά αυτή που αναμένεται να εξιχνιαστεί στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) θα παίξει σημαντικό ρόλο την ανίχνευση του σωματιδίου Higgs.
Αλλά και το σωματίδιο Higgs αποκτά τη μάζα του μέσω της διαδικασίας της αυτο-αλληλεπίδρασης του πεδίου Higgs. H ένταση της αυτο-αλληλεπίδρασης όμως δεν είναι γνωστή και κατά συνέπεια δεν είναι γνωστή και η μάζα που αναμένεται να έχει το σωματίδιο Higgs. Η αδυναμία ακριβούς προσδιορισμού της μάζας του σωματιδίου Higgs σημαίνει ότι η προσπάθεια ανεύρεσης του πρέπει να επικεντρωθεί σε όλες τις κλίμακες μαζών που θα μπορούσε αυτό να έχει. Πειραματικά αυτό δημιουργεί πολλαπλά προβλήματα γιατί ανάλογα με την κλίμακα μάζας την οποία ερευνούν οι φυσικοί, πρέπει να χρησιμοποιήσουν και διαφορετικές τεχνικές. Ακόμη και αν βρεθεί το σωματίδιο Higgs σε μια συγκεκριμένη ενέργεια/μάζα, πρέπει να λάβουν χώρα πολλαπλές συμπληρωματικές μετρήσεις για να προσδιοριστούν οι ιδιότητες του καθώς και η ύπαρξη ή όχι κι άλλων σωματιδίων Higgs, όπως για παράδειγμα προβλέπονται από θεωρίες που προεκτείνουν το Καθιερωμένο Μοντέλο, όπως είναι η υπερ-συμμετρία.
Τέλος, σημαντικό γεγονός θα είναι και η μη ανίχνευση του σωματιδίου Higgs στα νέα πειράματα, γεγονός που δεν αποκλείεται. Αυτό θα αναγκάσει τους φυσικούς να αναπτύξουν μια νέα προσέγγιση για ένα μεγάλο μέρος των σημερινών θεωριών σχετικά με τη δομή της ύλης.
Ιστορικά πειράματα στο LEP και Tevatron για την ανίχνευση του σωματιδίου Higgs
Για πολλά χρόνια στον επιταχυντή LEP του CERN, έγιναν πειράματα για την παρατήρηση των μποζονίων W και Z – των φορέων της ασθενούς αλληλεπίδρασης. Στον επιταχυντή αυτό συγκρούονται μια δέσμη ηλεκτρονίων με μια δέσμη ποζιτρονίων, οπότε μελετάται η παραγωγή σωματιδίων Z καθώς και η διάσπαση τους. Όταν παράγεται ένα μποζόνιο Z, μπορεί περιστασιακά να δώσει μποζόνιο Higgs και ένα «εικονικό» Ζ που σχεδόν αμέσως διασπάται. Για την περίπτωση του σωματιδίου Higgs, η μάζα του αναμενόταν να ήταν ίση ή μικρότερη της συνολικής ενέργειας σύγκρουσης σωματιδίων στον επιταχυντή. Η αντίδραση που έπαιξε πρωταρχικό ρόλο στις άκαρπες προσπάθειες για την ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs είναι η ακτινοβολία ενός Higgs από ένα σωματίδιο Z, το οποίο μετέπειτα διασπάται σε δύο λεπτόνια. Το σωματίδιο Higgs που παράγεται με αυτό τον τρόπο θα διασπαστεί κυρίως σε ζεύγη από βαριά φερμιόνια – όπως b και αντι-b κουάρκ -, λεπτόνιο ταυ και αντι-ταυ, c και αντι-c κουάρκ, ενώ δεν αναμένεται να ανιχνευτούν διασπάσεις του σε ελαφρότερα σωματίδια όπως μιόνιο και αντι-μιόνιο, ηλεκτρόνιο και ποζιτρόνιο ή δύο φωτόνια. Στην πρώτη φάση πειραμάτων του LEP αποκλείστηκε η,ύπαρξη του σωματιδίου Higgs με μάζα μέχρι τα 65 GeV. Με τη δεύτερη φάση λειτουργίας του πειράματος, αφού αναβαθμίστηκε ο επιταχυντής, αποκλείστηκε η ύπαρξη του σωματιδίου Higgs με μάζα μέχρι τα 114 GeV, αλλά ταυτόχρονα είχαμε και κάποιες ενδείξεις για την ύπαρξη του με μάζα 115 GeV. Τα πειράματα αυτά όμως ήσαν στο ενεργειακό όριο του επιταχυντή LEP και γι αυτό ήταν επιβεβλημένη η παύση της λειτουργίας του, έτσι ώστε να προχωρήσει η κατασκευή του νέου επιταχυντή LHC και των ανιχνευτών που θα λειτουργήσουν σε αυτόν.
Με τον νέο επιταχυντή, οι ενεργειακές κλίμακες που αποτελούν αντικείμενο έρευνας για την ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs είναι εφικτές. Το γεγονός αυτό, σε συνδυασμό με την ιδιαίτερα υψηλή φωτεινότητα των δεσμών του LHC (αριθμός σωματιδίων στις δέσμες), θα επιτρέψει τη σίγουρη απάντηση στο ερώτημα της ύπαρξης ή όχι του σωματιδίου Higgs και της ποσότητας της μάζας του.
Ο επιταχυντής Tevatron έχει διαδραματίσει μέχρις στιγμής σπουδαίο ρόλο στην σωματιδιακή φυσική, με την ανακάλυψη το 1995 του βαρύτερου κουάρκ που απαντάται στη φύση, του top κουάρκ. Το τελευταίο ήταν ένα σημαντικό κλειδί για το ξεκλείδωμα της υπόθεσης του μποζονίου Higgs, επειδή η μάζα του Higgs μπορεί να υπολογιστεί, κατά προσέγγιση, εάν ξέρουμε τη μάζα του top κουάρκ, του μποζονίου W, και πώς συμπεριφέρεται το μποζόνιο Ζ στην παραγωγή και τις διασπάσεις του. Από τα προηγούμενα μεγέθη υπολογίσαμε έτσι ότι το Higgs πρέπει να έχει μια μάζα που να είναι περίπου στα 120 GeV/c2
Στον επιταχυντή Tevatron συγκρούονταν πρωτόνια με αντι-πρωτόνια και ουσιαστικά η αλληλεπίδραση γίνεται μεταξύ των κουάρκ που τα αποτελούν. Από το 2001 μάλιστα έγιναν πολλά πειράματα για την ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs χωρίς όμως αποτέλεσμα στην περιοχή των 180 GeV, ανεβάζοντας έτσι το ελάχιστο όριο των 114 GeV του επιταχυντή LEP.
Στις συγκρούσεις αυτές του Tevatron αναμέναμε να ήταν τρεις οι κύριοι μηχανισμοί που θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην παραγωγή και ανίχνευση ενός σωματιδίου Higgs: Πρώτον, η σύντηξη δύο γκλουονίων, δεύτερον η παραγωγή και μετέπειτα διάσπαση ενός μποζονίου Z, και τέλος η άμεση παραγωγή ενός σωματιδίου Higgs το οποίο διασπάται σε δύο μποζόνια W.
Εάν η μάζα του σωματιδίου Higgs βρίσκεται μεταξύ των τιμών 115 και 130 GeV, ο καλύτερος τρόπος ανίχνευσης του είναι μέσω της παραγωγής ενός μποζονίου Z το οποίο ακτινοβολεί ένα σωματίδιο Higgs και διασπάται μετέπειτα. Το σωματίδιο Higgs διασπάται επίσης, κατά κανόνα σε ένα b και σε ένα αντι-b κουάρκ. H διαδικασία αυτή είναι όμοια με τη διαδικασία ανίχνευσης που ακολουθήθηκε στον επιταχυντή LEP και ουσιαστικά αποτελεί τη συνέχεια της σε λίγο υψηλότερες ενέργειες. Εάν η μάζα του σωματιδίου Higgs είναι μεγαλύτερη των 130 GeV ο καλύτερος τρόπος ανίχνευσης είναι μέσω της διάσπασης του σωματιδίου Higgs σε ένα ζεύγος μποζονίων W. Η σύντηξη δύο γκλουονίων αναφέρεται κυρίως στην παραγωγή σωματιδίων Higgs με μεγαλύτερη μάζα καθώς και πολλαπλών σωματιδίων Higgs που προβλέπονται από θεωρίες που επεκτείνουν το καθιερωμένο μοντέλο.
Η τελευταία περίπτωση (σύντηξη δύο γκλουονίων) θεωρείται ως η πιο κατάλληλη για το περιβάλλον του νέου επιταχυντή LHC. Οι δυσκολίες όμως ανίχνευσης είναι πολλές. Γιατί από τον συνολικό αριθμό των συγκρούσεων που θα παρατηρηθούν, λίγες χιλιάδες μόνο θα καταλήξουν στη δημιουργία του σωματιδίου Higgs και από αυτές ένα μικρό μόνο ποσοστό είναι δυνατόν να ανιχνευθεί. Γι αυτό το λόγο, επειδή είναι δύσκολή η παραγωγή ικανοποιητικών δεδομένων, τέτοια πειράματα λειτουργούν για πολλά χρόνια.
Γιατί το σωματίδιο Higgs πρέπει να υπάρχει – Από την ιστορία της Φυσικής
Μια από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις του 20ού αιώνα είναι ότι αναγνωρίσαμε πως σε κάθε συμμετρία στη φύση αντιστοιχεί μια κάποια φυσική ποσότητα που διατηρείται. Γι αυτή την εργασία της η Emmy Noether δυστυχώς δεν κέρδισε ποτέ βραβείο Νόμπελ. Οι συμμετρίες είναι όλες γύρω μας – μερικές είναι πολύ απλές, και μερικές όχι και τόσο απλές. Παραδείγματος χάριν, θεωρήστε τη χρονική συμμετρία. Οι νόμοι της φυσικής είναι οι ίδιοι τώρα όπως ήταν και πριν από λίγο, και θα είναι οι ίδιοι 100 χρόνια από τώρα. Ή πιο απλά: με τον χρόνο οι νόμοι παραμένουν ίδιοι. Αυτή η συμμετρία οδηγεί στην πραγματικότητα στη διατήρηση της ενέργειας. Επιπλέον, εάν κινείστε στο χώρο, οι νόμοι της φυσικής είναι οι ίδιοι. Αυτό οδηγεί στη διατήρηση της ορμής. Εάν ξαναγράψετε τους νόμους της φυσικής σε ένα πλαίσιο αναφοράς που περιστράφηκε 40 μοίρες ως προς αυτόν όπου τους γράφετε τώρα, αυτοί μένουν οι ίδιοι. Κι αυτό είναι η διατήρηση της στροφορμής.
Το 1960 δύο φυσικοί oι Steven Weinberg, και Abdus Salam ανακάλυψαν πως τα σωματίδια φορείς της ασθενούς δύναμης W+, W– και Z μπορεί να έχουν μάζα χωρίς όμως να σπάει η βασική συμμετρία βαθμίδας της ασθενούς πυρηνικής δύναμης. Χωρίς να εισαχθεί μια μάζα στη θεωρία – στις εξισώσεις της – θα μπορούσε να δημιουργείται αυτόματα (αυθόρμητα) μάζα ως αποτέλεσμα κάποιων αλληλεπιδράσεων στο πεδίο των ασθενών δυνάμεων, δηλαδή μέσω της ρήξης της βασικής συμμετρίας.
Είναι γνωστό ότι επειδή το φωτόνιο (φορέας της ηλεκτρικής δύναμης) δεν έχει μάζα, θα έπρεπε και τα W+, W– και Z (φορείς της ασθενούς αλληλεπίδρασης) να μην έχουν για να επιτευχθεί η ενοποίηση των ασθενών με τις ηλεκτρικές αλληλεπιδράσεις. Για να επιτευχθεί αυτό το αποτέλεσμα οι δύο φυσικοί εισήγαγαν ένα επιπλέον κβαντικό πεδίο προς τιμήν του Peter Higgs, που πρώτος έδωσε αυτή την ιδέα. Μέσω δε του Higgs πιστεύουμε ότι αποκτούν μάζα τα W+, W– και Z. Τα κβάντα Higgs είναι ένα μποζόνια χωρίς spin και μάζα αμφισβητούμενη όπως είδαμε πιο πάνω. Αν ήταν ‘ελαφρύ’ θα το βλέπαμε στον επιταχυντή LEP, ενώ αν είναι ‘βαρύ’ θα το δούμε στον LHC.
Ένα μεξικάνικο καπέλο επεξηγεί το θεώρημα Goldstone. Αν και το καπέλο είναι αναλλοίωτο κάτω από περιστροφές γύρω από έναν κατακόρυφο άξονα, μια μικρή σφαίρα θα μπορεί να κάτσει μακριά από τον άξονα συμμετρίας, κάπου στο χείλη του καπέλου, αλλά μπορεί και να κινηθεί ελεύθερα χωρίς δύναμη επαναφοράς γύρω από το χείλη. Η σπασμένη κατά προσέγγιση συμμετρία απεικονίζεται με ελαφρώς γερμένο το καπέλο, αυτό παράγει μια μικρή δύναμη επαναφοράς, ανάλογη με τη μικρή μάζα του πιονίου.
Η ιστορία του μποζονίου Higgs άρχισε το 1961, όταν ο Yoichiro Nambu, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου, έδειξε ότι μία διαδικασία που ονομάζεται «αυθόρμητο σπάσιμο συμμετρίας», είναι σε θέση να εξηγήσει από που προέρχεται η μάζα. Για να καταλάβετε τι σημαίνει, φανταστείτε μια σφαίρα πάνω από ένα μεξικάνικο καπέλο (σχήμα). Αυτό το σχήμα είναι συμμετρικό, επειδή φαίνεται το ίδιο από όλες τις κατευθύνσεις. Εντούτοις, η σφαίρα δεν είναι σταθερή και η συμμετρία αυθόρμητα σπάει όταν πέφτει στο χείλος, στο άκρο του καπέλου. Αυτό μπορεί να φαίνεται απλό, αλλά το πεδίο Higgs πραγματικά είναι σαν ένα μεξικάνικο καπέλο.
Ένα έτος αργότερα ο Jeffrey Goldstone, του πανεπιστημίου του Καίμπριτζ, και δύο μελλοντικοί νομπελίστες, οι Abdus Salam και Steven Weinberg, έδειξαν ότι υπήρξε μια ρωγμή σε αυτήν την προσέγγιση. Η πρώτη συμβολή του Higgs στο πρόβλημα αυτό – που έγινε πριν 40 χρόνια – ήταν να δείξει ότι ο Goldstone και οι συνάδελφοί του είχαν κάνει επίσης ένα λάθος. Αυτή η σημαντική ανακάλυψη δημοσιεύθηκε στο Physics Letters.
Ο Higgs πήγε έπειτα για να δείξει ότι το αυθόρμητο σπάσιμο της συμμετρίας θα μπορούσε να εξηγήσει με ποιό τρόπο σωματίδια που ήταν ήδη γνωστά τότε μπορούσαν να αποκτήσουν τη μάζα τους. Επιπλέον, η θεωρία του Higgs πρόβλεψε την ύπαρξη αυτού που το περιγράφει ως το «εναπομείναντα σωματίδιο». Αυτό το νέο σωματίδιο ήταν το μποζόνιο Higgs.
Ο Higgs έστειλε αυτό το δεύτερο αποτέλεσμα στο ίδιο περιοδικό, Physics Letters, αλλά του είπαν ότι δεν ήταν κατάλληλο για σύντομη δημοσίευση και αναγκάστηκε να το στείλει σε ένα άλλο περιοδικό. Εντούτοις, άκουσε αργότερα μέσω ενός συναδέλφου ότι η εργασία του είχε απορριφθεί επειδή οι συντάκτες του περιοδικού θεώρησαν ότι «δεν ήταν σχετική προφανώς με τη φυσική». Αρχικά ο Higgs αγανάκτησε, αλλά αργότερα συνειδητοποίησε ότι το πρώτο σχέδιο της εργασίας του «ήταν ελλιπές». Της πρόσθεσε δύο παραγράφους και την έστειλε σε ένα αμερικανικό περιοδικό, το Physical Review Letters, όπου έγινε αποδεκτή.
Πάντως η επιστημονική κοινότητα της σωματιδιακής φυσικής χρειάστηκε πολύ χρόνο για να αναγνωρίσει τη σημασία αυτής της εργασίας που είχε κάνει ο φυσικός του Εδιμβούργου. Ο Higgs θυμάται τις συζητήσεις πάνω στην εργασία του στα δύσπιστα ακροατήρια στο Χάρβαρντ και στο Princeton. «Με αντιμετώπιζαν σαν τρελάρα», θυμάμαι. «Στο τέλος της ημέρας δέχονταν ότι δεν ήμουν, αλλά δεν συνειδητοποίησαν τι χρήσιμο θα μπορούσαν να κάνουν με την εργασία».
Τελικά, οι Weinberg και Salam – οι οποίοι είχαν δείξει ότι είχε κάνει λάθος ο Higgs – χρησιμοποίησαν το μηχανισμό Higgs για να κάνουν μία από τις μεγαλύτερες σημαντικές ανακαλύψεις στην ιστορία της φυσικής, όταν συνδύασαν τις ασθενείς και τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις σε μια ενιαία δύναμη την ηλεκτρασθενή. Οι Weinberg, Salam και ένας αμερικανός φυσικός, ο Sheldon Glashow, μοιράστηκαν το βραβείο Νόμπελ του 1979 για τη φυσική για αυτήν την εργασία, και το μποζόνιο Higgs έγινε κομμάτι της φυσικής σωματιδίων.
Αν και ο Higgs είναι λίγο γνωστός έξω από την κοινότητα της φυσικής, το όνομά του έγινε γνωστό στα βρετανικά ΜΜΕ το 2002 όταν δημοσιεύτηκε στο Scotsman μιαδιαφωνία του Higgs με τον Stephen Hawking. Σύμφωνα με τον Higgs, αυτός είχε κάνει μερικές παρατηρήσεις για έλλειψη επικοινωνίας μεταξύ του Hawking, που είναι πρώτιστα κοσμολόγος, και της κοινότητας των σωματιδιακών φυσικών. Τα δύο άτομα έχουν επιλύσει από τότε τις διαφορές τους, αν και ο Hawking ακόμα θεωρεί ότι το μποζόνιο Higgs δεν θα βρεθεί ποτέ.
Ο Higgs και χιλιάδες άλλοι φυσικοί φυσικά είναι βέβαιοι ότι θα παρουσιαστεί μια μέρα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN. Εάν αυτό συμβεί τότε ο Higgs – και ενδεχομένως οι Englert και Brout – θα ετοιμάσουν τις βαλίτσες τους για την τελετή των βραβείων Νόμπελ στη Στοκχόλμη. Και εάν το μποζόνιο Higgs δεν μπορεί να βρεθεί στο LHC, οι φυσικοί θα έχουν ακόμα ένα τεράστιο πρόβλημα να λύσουν.
Τα πιο κάτω σκίτσα προέρχονται από εκλαϊκευτική ιστοσελίδα του CERN για να βοηθήσουν στην κατανόηση του μηχανισμού Higgs, πώς δηλαδή τα σωμάτια απέκτησαν μάζα. (Από μια ιδέα του David Miller του Πανεπιστημιακού Κολεγίου του Λονδίνου)
1. Ο μηχανισμός Higgs
Για να κατανοήσουμε τον μηχανισμό Higgs, ας φανταστούμε μια συγκέντρωση φυσικών οι οποίοι βρίσκονται ομοιόμορφα κατανεμημένοι μέσα σε μια αίθουσα, και συζητούν με τους διπλανούς τους.
…Μια σημαντική φυσικός μπαίνει και διασχίζει την αίθουσα. Όλοι οι φυσικοί απ’ όπου περνάει, έλκονται προς αυτήν και συνωθούνται γύρω της. Καθώς διασχίζει την αίθουσα, έλκει τα πρόσωπα που βρίσκονται κοντά της, ενώ αυτά που προσπέρασε, επιστρέφουν στις κανονικές αποστάσεις μεταξύ τους…
Επειδή πάντα υπάρχει ένας σωρός ανθρώπων γύρω της, αυτή αποκτά μεγαλύτερη μάζα απ’ ότι θα είχε αν ήταν μόνη της. Αυτό υπονοεί ότι έχει τώρα περισσότερη ορμή για την ίδια ταχύτητα κίνησης. Δηλαδή, όταν κινείται είναι δυσκολότερο να σταματήσει, ενώ όταν σταματήσει, είναι δυσκολότερο να ξεκινήσει ξανά, διότι ο σωρός γύρω της πρέπει να κινηθεί και αυτός. Στις τρεις διαστάσεις και με τις περιπλοκές που φέρνει η σχετικότητα, αυτός περίπου είναι ο μηχανισμός του Higgs. Ένα πεδίο, το πεδίο Higgs, θεωρείται ως υπόβαθρο σε όλο το χώρο. Απ’ οπουδήποτε περνάει ένα σωματίδιο, το τελευταίο παραμορφώνει τοπικά το πεδίο Higgs.
Η παραμόρφωση αυτή που έχει ως αντίστοιχο τη συγκέντρωση των ανθρώπων γύρω από την σπουδαία φυσικό που εισέρχεται στην αίθουσα, γεννάει τη μάζα του σωματιδίου.
Η ιδέα προέρχεται από τη φυσική της στερεάς κατάστασης. Αντί για ένα πεδίο που γεμίζει όλο το χώρο, σ’ ένα στερεό σώμα, υπάρχει το πλέγμα των θετικών ιόντων του κρυστάλλου. Όταν ένα ηλεκτρόνιο κινείται μέσα στο πλέγμα των ιόντων, τα ιόντα έλκονται από αυτό, κάνοντας έτσι τη φαινομενική μάζα του ηλεκτρονίου μα είναι ακόμη και 40 φορές μεγαλύτερη από του ελευθέρου ηλεκτρονίου.
Το πεδίο Higgs στο κενό, αποτελεί ένα τέτοιο είδος υποθετικού πλέγματος, που γεμίζει όλο το Σύμπαν. Χωρίς αυτό δεν θα μπορούσαμε να εξηγήσουμε γιατί τα σωματίδια Z και W που είναι οι φορείς των ασθενών αλληλεπιδράσεων, έχουν τόσο μεγάλη μάζα, ενώ το φωτόνιο που είναι ο φορέας της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης, δεν έχει καθόλου μάζα.
| 2. Το μποζόνιο Higgs |
… Ας θεωρήσουμε τώρα μια φήμη που διασπείρεται μέσα στην αίθουσα με τους φυσικούς. Όσοι βρίσκονται κοντά στην πόρτα, ακούνε πρώτοι τη φήμη και μαζεύονται για να συζητήσουν τις λεπτομέρειες. Μετά στρέφονται και πλησιάζουν τους επόμενους γείτονές τους που θέλουν να μάθουν και αυτοί τι έγινε. …
… Ένα κύμα από συνάθροιση προσώπων διαδίδεται μέσα στην αίθουσα. Μπορεί να απλωθεί σε όλες τις γωνιές, ή μπορεί να σχηματιστεί μια δέσμη από συμπύκνωση προσώπων που θα διαδοθεί προς μία μόνο διεύθυνση μέσα στην αίθουσα, και θα μεταφέρει τη φήμη. Παράγονται δηλαδή πάλι συμπυκνώσεις, αλλά αυτή τη φορά μεταξύ των ιδίων των επιστημόνων, χωρίς να χρειάζεται και άλλο πρόσωπο.
Αφού η πληροφορία μεταφέρεται από συσσωματώματα ανθρώπων, και αφού τα συσσωματώματα ήταν εκείνα που έδωσαν περισσότερη μάζα στο πρόσωπο που μπήκε στην αίθουσα, τα συσσωματώματα αυτά από μόνα τους έχουν μάζα και χωρίς την ύπαρξη του σημαντικού προσώπου.
Το μποζόνιο Higgs προβλέπεται ότι είναι ακριβώς ένα τέτοιο συσσωμάτωμα μέσα στο πεδίο Higgs.
Στο σημείο αυτό θα βρούμε ξανά αναλογίες από τη φυσική του στερεού σώματος. Ένα κρυσταλλικό πλέγμα μπορεί να μεταφέρει κύματα πυκνότητας χωρίς να χρειάζεται κάποιο ηλεκτρόνιο να κινείται και να έλκει τα ιόντα. Τα κύματα αυτά μπορούν να συμπεριφέρονται σα να ήταν σωμάτια.
Οι φυσικοί τα λένε φωνόνια, και είναι επίσης μποζόνια.
Θα πεισθούμε πραγματικά ότι το πεδίο υπάρχει, και ότι ο μηχανισμός που δίνει μάζα στα σωματίδια είναι πραγματικός, όταν βρούμε το ίδιο το σωματίδιο Higgs.
Θα μπορούσε να υπάρχει ένα πεδίο Higgs και ένας μηχανισμός Higgs σε όλο το Σύμπαν μας, χωρίς να υπάρχει ένα μποζόνιο Higgs; Η επόμενη γενιά των επιταχυντών και κυρίως ο πολυαναμενόμενος επιταχυντής LCH στη Γενεύη θα ξεκαθαρίσει το ζήτημα.
«Πιστεύω ότι θα το βρούμε στον επιταχυντή LCH. Αν δεν το βρούμε, θα προβληματιστώ πάρα πολύ. Δεν μπορώ να σκεφτώ άλλη εξήγηση για τη μάζα που διαθέτουν τα υποατομικά σωματίδια», δήλωσε ο ίδιος ο Higgs σε συνέντευξη Τύπου στη Γενεύη.
Όταν διατύπωσε τη θεωρία του στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου, το 1964, πολλοί συνάδελφοί του τον αποκάλεσαν «ανόητο». Σαράντα χρόνια μετά, κανείς δεν έχει να προτείνει τίποτα καλύτερο και όλοι περιμένουν με αγωνία την έμπρακτη δικαίωσή του.
«Είμαι 90% βέβαιος πως ο επιταχυντής του CERN θα εντοπίσει τελικά το μποζόνιο, ακόμη κι αν χρειαστούν μήνες αναλύσεων», είπε ο Higgs και πρόσθεσε: ¨»Αν δεν το βρούμε έως το Μάιο του 2009, που κλείνω τα 80, θα πω στον γιατρό μου να με κρατήσει ζωντανό λίγο παραπάνω».
Ο Higgs δεν απέκλεισε το ενδεχόμενο οι Αμερικανοί ερευνητές να έχουν ήδη παραγάγει το «σωματίδιο του Θεού», στον επίσης πανίσχυρο επιταχυντή Τέβατρον, στο εργαστήριο Fermilab του Σικάγου.
«Είναι πιθανό οι ΗΠΑ να έχουν κερδίσει την κούρσα και να μην το ξέρουν. Αν αποδείξουν ότι το βρήκαν προτού ξεκινήσει τη λειτουργία του ο δικός μας επιταχυντής, τότε η πρωτιά θα τους ανήκει.
Στην πράξη Ευρώπη και Αμερική δίνουν αγώνα ταχύτητας ποιος θα εντοπίσει πρώτος το σωματίδιο του Θεού», σημείωσε ο Βρετανός φυσικός.
Πηγές: CERN, PhysicsWorld, Περισκόπιο της Επιστήμης, Higgs 101 στο Cosmic Variance, παλιότερα άρθρα στο physics4u
ΠΗΓΗ: physics4u.gr
*
*
Η θεωρία του Big BangΆρθρο, Μάιος 2007 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ΠΗΓΗ: physics4u.gr
|
(Δεξιά: Ο Lemaître μαζί με τον Αϊνστάιν)
Οι Penziaw-Wilson μπροστά στην κωνική κεραία του Holmdel στο New Jersey, με την οποία ανακάλυψαν το 1964 τη διάχυτη ακτινοβολία υποβάθρου στο Σύμπαν
Δεξιά: Η χαρτογράφηση των ανισοτροπιών στην ακτινοβολία υποβάθρου του ουρανού των 2.74 Kelvin από τον δορυφόρο COBE. Αυτά τα κοσμικά σχήματα στον ουρανό πιθανόν να είναι κατάλοιπα από μια εποχή 10-32 sec μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Ο χάρτης δείχνει όλη την ουρόνια σφαίρα ενώ ο Γαλαξίας μας είναι η κόκκινη λωρίδα που βρίσκεται στον ισημερινό. Οι γαλάζιες και ροζ περιοχές είναι ελαφρά θερμότερες και ψυχρότερες από το μέσο όρο, περίπου 1 μέρος ως προς τα 90.000. Η εικόνα αυτή είναι το άθροισμα παρατηρήσεων του COBE στα 53 και 90 GHz και αντιστοιχεί σε χωρική διακριτική ικανότητα 100. Ακόμα και οι μικρότερες ανομοιογένειες ή μικροδιακυμάνσεις, είναι πολύ μεγάλες για να έχουν παίξει οποιοδήποτε ρόλο στη διαμόρφωση του Σύμπαντος που βλέπουμε σήμερα. Οι μικροδιακυμάνσεις πιστεύεται πως αποτελούν τα «σπέρματα» του σχηματισμού των σημερινών δομών του σύμπαντος
Αναλύοντας τα δεδομένα του WMAP, οι ερευνητές συμπέραναν ότι το σύμπαν αποτελείται μόνο 4% από τη συνηθισμένη ύλη. Το 23% είναι η αόρατη σκοτεινή ύλη, που οι αστροφυσικοί θεωρούν ότι είναι φτιαγμένη, μέχρι σήμερα, από άγνωστα σωματίδια. Το υπόλοιπο, 73%, είναι η περίφημη σκοτεινή ενέργεια.
Αν λύσουμε τις εξισώσεις πεδίου του Αϊνστάιν, με τη βοήθεια και της μετρικής του διαστελλόμενου χώρου, βρίσκουμε ότι η μελλοντική εξέλιξη του Σύμπαντος εξαρτάται από το συνολικό ποσό της ύλης και της ενέργειας που περιέχει. Στην πιο απλή μορφή αυτών των λύσεων, (χωρίς να υπολογίσουμε την κοσμολογική σταθερά Λ), υπάρχουν οι εξής δυνατές περιπτώσεις μεταξύ ύλης και γεωμετρίας:
2. Αν περιέχει μεγάλη ποσότητα ύλης τότε το σύμπαν θα αρχίσει να συστέλλεται μετά από κάποιο χρονικό διάστημα γιατί η βαρύτητα θα αρχίσει να γίνεται τότε σημαντική (περίπτωση κλειστού σύμπαντος). Η δε γεωμετρία που το διέπει είναι σφαιρική.
Έχει λοιπόν βρεθεί ότι το Σύμπαν διαστέλλεται σήμερα με ρυθμό πολύ κοντά στην κρίσιμη τιμή, γεγονός που χρειάζεται εξήγηση μιας και γνωρίζουμε από τις λύσεις των εξισώσεων του Αϊνστάιν, ότι εάν το Σύμπαν δεν ξεκινούσε την διαστολή του με ακριβώς αυτό τον ρυθμό, τότε με την πάροδο του χρόνου θα απέκλινε όλο και περισσότερο από αυτόν και σήμερα θα μετρούσαμε εντελώς διαφορετικό ρυθμό διαστολής.*
*
Θεωρίες για την προέλευση και την εξέλιξη του ΣύμπαντοςΆρθρο, Μάρτιος-Απρίλιος 2007 |
| Το σύμπαν μοιάζει με ένα βιβλίο ανοιχτό μόνο στη σημερινή σελίδα. Ποιός μπορεί να είναι ο συγγραφέας του είναι ένα γεγονός που συζητείται εδώ και χιλιάδες χρόνια, αλλά δεν θα τον γνωρίσουμε ποτέ. Κανείς επίσης δεν θα ανοίξει τις πρώτες του σελίδες για να κατανοήσει τις αρχικές του φράσεις. Ολόκληρη η αφήγηση του βιβλίου του σύμπαντος θα πρέπει να αναπλαστεί από τη δράση αντικειμένων που αποτελούν το σύμπαν, αλλά και τους τόπους της δράσης που είναι σήμερα ορατοί. Εδώ όμως και 40 χρόνια οι φυσικοί επιστήμονες έχουν συντάξει μια ιστορία, το Καθιερωμένο Μοντέλο του big bang, που περιγράφει, σε μια ενιαία πλοκή, όλα τα συμβάντα των τελευταίων 13,7 δισεκατομμυρίων ετών. Υπάρχουν όμως κρυμμένα ζητήματα: Δεν ξέρουν τι συνέβη στην αρχή του big bang, δεν ξέρουν γιατί η πλοκή αυτή είναι κατανοητή και δεν καταλαβαίνουν γιατί υπάρχουν όντα στον Κόσμο που θέλουν να κατανοήσουν την ιστορία του βιβλίου.Φυσικά ο καθένας μας έχει ακούσει για το Καθιερωμένο Μοντέλο, αλλά είναι βέβαιο ότι όλοι εν συνεχεία ρωτούν «Και τι προκάλεσε το big bang;» Και όλα τελειώνουν εκεί, επειδή κανένας δεν είναι ακόμα βέβαιος τι ανάγκασε πραγματικά να συμβεί η Μεγάλη Έκρηξη.
Υπάρχουν κι άλλα ζητήματα. Το σύμπαν είχε ποτέ αρχή ή αυτό υπάρχει για πάντα, δηλαδή είναι αιώνιο. Αυτό το θεμελιώδες ζήτημα ήταν το κύριο θέμα στην αρχαία φιλοσοφία αλλά και της φιλοσοφίας κατά την Αναγέννηση. Στη σύγχρονη κοσμολογία το ζήτημα αυτό ήταν η αιτία της διαμάχης μεταξύ των υπερασπιστών της Μεγάλης Έκρηξης και της σταθεράς κατάστασης πριν πολλές δεκαετίες. Τελευταία γίνονται νέες προσπάθειες ώστε να εξηγηθεί η Μεγάλη Έκρηξη μέσα σε ένα κβαντικό κοσμολογικό πλαίσιο. Εδώ θα προσπαθήσουμε να ερευνήσουμε όλες τις τρέχουσες επιστημονικές θεωρίες που προσπαθούν να εξηγήσουν πώς δημιουργήθηκε ο Κόσμος. Αρχικά υπάρχουν δύο θεωρίες που είναι άμεσες ερμηνείες άλλων θεωριών, οι οποίες όμως δεν έχουν αποδειχθεί ακόμα, εν συνεχεία υπάρχουν θεωρίες που προτείνονται ανεξάρτητα από τους θεωρητικούς φυσικούς. Θα προσπαθήσουμε να αναφέρουμε όλες τις θεωρίες και να σας αφήσουμε να αποφασίσετε εσείς ποιός είναι ο πιο εύλογος τρόπος που γεννήθηκε το σύμπαν. Φυσικά υπάρχει και η κλασσική θεωρία του Big Bang
Υπάρχουν κι άλλες θεωρίες, αλλά οι παραπάνω 8 θεωρούνται οι κύριες θεωρίες. Θα εξετάσουμε τα αποδεικτικά στοιχεία της κάθε μίας θεωρίας, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της. Τι θα πιστέψετε στο τέλος είναι δικιά σας υπόθεση. Πηγή: physics4u.gr |
*
*
Το πληθωριστικό μοντέλο του σύμπαντος, το κενό και το σωματίδιο Higgs
Μία συνάντηση της κοσμολογίας με τη σωματιδιακή φυσικήΆρθρο, Απρίλιος 2008 |
| Αν ρωτήσετε από πού προήλθαν όλα αυτά που βλέπουμε γύρω μας και σας απαντήσουν «από το Big Bang», μην τους πιστέψετε. Καμιά ουσία δεν γεννήθηκε την ώρα της Μεγάλης Έκρηξης. Κι αν δεν συνέβαινε μια τρομερή διαστολή (ο πληθωρισμός) μετά το Big Bang δεν θα υπήρχε τίποτα γύρω μας, ούτε εσείς για να υποβάλλετε τούτη την ερώτηση.Το σύμπαν γεννήθηκε από μια ανωμαλία, ένα σημείο με άπειρη πυκνότητα, πριν από 13.7 δισεκατομμύρια χρόνια περίπου. Όμως η κβαντομηχανική – η επιστήμη του μικρόκοσμου – δέχεται ότι σε τόσες ακραίες συνθήκες δεν ισχύει κανένας γνωστός νόμος της φύσης. Πρέπει να περιμένουμε να φθάσει το σύμπαν στο μήκος Planck (10-35m), όταν η πυκνότητα από άπειρη έγινε «μόνο» 1094 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Αυτά είναι τα απόλυτα όρια στο μέγεθος και στην πυκνότητα από τα οποία αρχίζει να εφαρμόζεται η κβαντική μηχανική.Δυστυχώς, αν μια φυσαλίδα στο μέγεθος του μήκους Planck περιέχει όλη την υλο-ενέργεια του σύμπαντος, το ισχυρό βαρυτικό του πεδίο θα το κάνει αμέσως να καταρρεύσει προς μια σημειακή ανωμαλία, ή μια συμπαντική μαύρη τρύπα. Εκτός κι αν παρέμβει κάποιος άλλος μηχανισμός ή ένα κολοσσιαίο γεγονός κι αλλάξει την κατάσταση.Γι αυτό και στην αρχή η γέννηση του σύμπαντος από το μηδέν φάνηκε αρχικά αδύνατη. Αλλά, έστω ότι το σύμπαν ξέφευγε από τη μοίρα της μαύρης τρύπας, τι θα μπορούσε να ήταν; Ένα σύμπαν γεμάτο ακτινοβολία χωρίς καμιά ύλη και πολύ μικρό με τα σημερινά κριτήρια.Η θεωρία του Big Bang φυσικά κι έδωσε το έναυσμα στην επιστήμη να εξηγήσει γιατί το σύμπαν δεν είναι σταθερό, και ότι προέρχεται από ένα απειροελάχιστο σημείο ενώ ακόμα και σήμερα διαστέλλεται.
Αλλά υπάρχουν κι άλλα αινίγματα που παρατηρούμε σήμερα και η αρχική θεωρία του Big Bang δεν μπορούσε να εξηγήσει. Για παράδειγμα, η εξαιρετική επιπεδότητα, η ομοιογένεια και ισοτροπία του σύμπαντος από πού προέρχονται; πώς δημιουργήθηκαν; τυχαία ή με κάποιο άλλο μηχανισμό που η πρώτη θεωρία του Big Bang αγνοούσε. Γι αυτό υπήρχε η ανάγκη μιας άλλης θεωρίας, συμπληρωματικής της αρχικής, που θα έλυνε τα παραπάνω προβλήματα. Ένα μοντέλο που θα έδειχνε πώς το σύμπαν ξέφυγε από τη μοίρα της μαύρης τρύπας και την αδυσώπητη βαρυτική έλξη, πώς το σύμπαν έγινε σχεδόν επίπεδο, ομοιογενές και ισότροπο. Κι αυτή η θεωρία είναι ο Πληθωρισμός. Ο πληθωρισμός ή μια εκθετική διαστολή μετά την εποχή Planck (τα πρώτα 10 -43 του δευτερολέπτου) μπορεί να αποτρέψει το σχηματισμό μιας συμπαντικής μαύρης τρύπας, ενώ η αρχή της απροσδιοριστίας όπως την ανέλυσε ο Edward Tryon επιτρέπει την εμφάνιση ολόκληρου του σύμπαντος από το κενό, ή από το τίποτα όπως χαρακτηριστικά το είπε, σαν μια κβαντική διακύμανση του κενού, πράγμα που επιτρέπεται από την κβαντική θεωρία. Τα προβλήματα της Μεγάλης Έκρηξης Οι κοσμολόγοι είδαν με ενθουσιασμό τη σύνδεση σωματιδιακής φυσικής των υψηλών ενεργειών και κοσμολογίας, αφού τους έλυνε το μεγάλο πρόβλημα της γέννησης της μάζας μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, στη δεκαετία του 1970 και στις αρχές της δεκαετίας του 1980. Κι αυτή η θεωρία ήταν η GUT (που αναφέρεται στο χρονικό διάστημα από 10-43 έως 10-35 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν όλες οι δυνάμεις της φύσης ήταν ενωμένες πλην της βαρύτητας), που τους πρόσφερε ένα δυνητικό μηχανισμό δημιουργίας της συμπαντικής ύλης. Μέχρι τότε έλειπε μια πειστική θεωρία για να λυθούν τα προβλήματα που ανέκυψαν μετά τη θεωρία τη Μεγάλης Έκρηξης. Σίγουρα, το Μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης ήταν ένας θρίαμβος κι από μια άποψη τα προβλήματα που δημιουργούσε ήταν λιγότερο σημαντικά μπροστά στο απίστευτο γεγονός ότι αποτελούσε μια ερμηνεία της προέλευσης του Σύμπαντος. Αλλά με την πάροδο του χρόνου, τα προβλήματα εξακολουθούσαν να τριβελίζουν το μυαλό των κοσμολόγων και στα τέλη της δεκαετίας του 1970 φάνταζαν πολύ πιο σημαντικά απ’ όσο έμοιαζαν να είναι στα 1965. Και στην ιστορία της επιστήμης, συχνά μια σημαντική εξέλιξη της γνώσης που επιτεύχθηκε από μια γενιά ερευνητών δημιουργεί καινούρια προβλήματα, τα οποία αντιμετωπίζονται και επιλύονται από την επόμενη γενιά. 1. Το πρόβλημα της μάζας Με ποιόν μηχανισμό γεννήθηκε όλη η μάζα του σύμπαντος; Υπήρχε καθόλου μάζα στην Αρχή; Όλα αυτά τα προβλήματα προσπάθησαν οι κοσμολόγοι να τα λύσουν με τις θεωρίες GUT, αλλά δεν δόθηκαν πειστικές απαντήσεις. 2. Πρόβλημα του ορίζοντα και των γαλαξιών Εκτός από το πρόβλημα της προέλευσης της ύλης, υπήρχε μια δυσκολία που είναι γνωστή σαν το πρόβλημα του «ορίζοντα» και η οποία οφείλεται στο γεγονός ότι το Σύμπαν φαίνεται να είναι το ίδιο προς όλες τις κατευθύνσεις. Ακόμα και στην περίπτωση της κατανομής των γαλαξιών και των γαλαξιακών σμηνών, το Σύμπαν φαντάζει ομοιόμορφο σε γενικές γραμμές. Αλλά η βασικότερη ένδειξη της συμπαντικής ομοιομορφίας προήλθε από τη μελέτη της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, η οποία είναι ισότροπη (παραμένει η ίδια προς όλες τις διευθύνσεις) σε αναλογία μεγαλύτερη από 1 στις 10.000. Πώς όμως «γνωρίζει» η ακτινοβολία που προέρχεται από μια περιοχή του ουρανού, πόσο ισχυρή πρέπει να είναι για να αντιστοιχεί με τόσο μεγάλη ακρίβεια στην ακτινοβολία που προέρχεται από την αντίθετη μεριά του ουρανού — και στην πραγματικότητα απ’ όλες τις μεριές; Οι σημερινές παρατηρήσεις αποτελούν την πρώτη επαφή με την ακτινοβολία που προέρχεται απ’ αυτές τις «αντίθετες» μεριές του Σύμπαντος. Και σύμφωνα με το Καθιερωμένο Μοντέλο, αυτές οι περιοχές, δεν μπορούσαν ποτέ να έρθουν σε επαφή μεταξύ τους, αφού η απόσταση μεταξύ τους ήταν πάντοτε μεγαλύτερη απ’ αυτή που μπορεί να διανύσει το φως, στο χρονικό διάστημα που μεσολάβησε από τη δημιουργία του Σύμπαντος μέχρι σήμερα. Αν η ακτινοβολία της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου των 2.7 Κέλβιν, εκπέμφθηκε 380.000 χρόνια μετά τη στιγμή της δημιουργίας, κι όπως προκύπτει από το Καθιερωμένο Μοντέλο, τότε μόνο οι περιοχές που απείχαν μεταξύ τους λιγότερο από δυο μοίρες (όπως τις παρατηρούμε από τη Γη) είναι δυνατό να έχουν έρθει σε επαφή μεταξύ τους, στη διάρκεια όλου αυτού του χρόνου. Έτσι, η ακτινοβολία του υποβάθρου θα έπρεπε να είναι ανομοιογενής και να έχει κοκκώδη υφή, κλίμακας δυο μοιρών. Φαίνεται σαν το Σύμπαν να γεννήθηκε τη στιγμή της πύρινης σφαίρας έχοντας μια απόλυτα ομαλή κατάσταση, διαθέτοντας την ίδια ακριβώς ενεργειακή πυκνότητα (δηλαδή την ίδια θερμοκρασία) ακόμα και σε περιοχές που απέχουν τόσο μεταξύ τους, ώστε ένα σήμα που κινείται με την ταχύτητα του φωτός να μην μπορεί ποτέ να «ενώσει». Τι λοιπόν προκάλεσε αυτή την ομοιομορφία θερμοκρασίας στη Μεγάλη Έκρηξη; Το πρόβλημα του ορίζοντα οδηγεί άμεσα στο επόμενο πρόβλημα: την ύπαρξη των γαλαξιών. Αν το Σύμπαν δημιουργήθηκε έχοντας μια τόσο ομαλή κατάσταση, τότε πώς θα μπορούσαν να σχηματιστούν δομές που να έχουν το μέγεθος γαλαξιών; Σ’ ένα απόλυτα ομαλό Σύμπαν το οποίο διαστέλλεται ομοιόμορφα, η απόσταση του κάθε σωματιδίου ύλης από όλα τα υπόλοιπα θα μεγάλωνε διαρκώς κι έτσι δεν θα υπήρχαν «σπόροι» οι οποίοι κάτω από την επίδραση της βαρυτικής έλξης θα σχημάτιζαν μεγάλες συγκεντρώσεις ύλης. Δεν είναι απαραίτητοι πολύ μεγάλοι σπόροι, παρά μόνο «ανομοιομορφίες», που θα αντιστοιχούσαν σε περιοχές με πυκνότητα 0,01% μεγαλύτερη από τη μέση, 500.000 χρόνια μετά τη στιγμή της δημιουργίας. Αλλά πώς θα ήταν δυνατό να σχηματιστούν και να αναδυθούν έστω και τόσο μεγάλες ανομοιογένειες από μία απόλυτα ομαλή Μεγάλη Έκρηξη; 3. Το πρόβλημα των μονόπολων Έπειτα, υπάρχει και το πρόβλημα των μονοπόλων. Οι θεωρίες της Μεγάλης Ενοποίησης GUTs που προβλέπουν με τόση επιτυχία το πραγματικό ποσοστό συμπαντικής ύλης, προβλέπουν επίσης και την ύπαρξη μαγνητικών μονοπόλων, με τη μορφή βαριών σωματιδίων, τα οποία είναι πολύ εύκολο να εντοπιστούν. Θα έπρεπε να έχουν ανακαλυφθεί στις κοσμικές ακτίνες, αλλά στην πραγματικότητα δεν έχει γίνει κάτι τέτοιο. Η ιδιαίτερη γοητεία του μαγνητικού μονόπολου έγκειται στο γεγονός ότι αυτό διαθέτει τεράστια μάζα συμπυκνωμένη σε μικροσκοπικό όγκο και τεράστια πυκνότητα ενέργειας, η οποία δημιουργείται από το πεδίο Χιγκς – ακριβώς όπως οι τεχνητές φυσαλίδες ψευδοκενού. Παρ’ όλες τις έρευνες, μόνο δύο πειράματα εντόπισαν δύο συμβάντα τα οποία ενδεχόμενα να προκλήθηκαν από το πέρασμα ενός μαγνητικού μονοπόλου μέσα από την πειραματική διάταξη και κανείς δεν είναι διατεθειμένος να αποδεχτεί τη φαινομενική ύπαρξη τους, χωρίς περισσότερα στοιχεία. 4. Το πρόβλημα της επιπεδότητας Αλλά το πρόβλημα που πυροδότησε την έναρξη του νέου κύματος αναζήτησης, η οποία οδήγησε σε μια νέα θεωρία για την εξέλιξη του Σύμπαντος στα 10-36δευτερόλεπτα, ονομάζεται πρόβλημα της «επιπεδότητας». Ανάγεται στις παλιές μελέτες των γαλαξιών, της ερυθρής μετατόπισης και της συμπαντικής διαστολής και είναι το εξής: Είμαστε σε θέση να υπολογίσουμε την ταχύτητα διαστολής του Σύμπαντος και να κάνουμε και μια εκτίμηση για το ποσοστό ύλης που περιέχει — ή μάλλον για την πυκνότητα της ύλης, η οποία είναι το στοιχείο που παίζει ρόλο — μετρώντας τον αριθμό των γαλαξιών. Οι εξισώσεις του Αϊνστάιν επιτρέπουν την πιθανότητα ή ενός ανοιχτού Σύμπαντος το οποίο θα διαστέλλεται αιώνια, ή ενός κλειστού, το οποίο θα καταλήξει να καταρρεύσει σε μια πύρινη σφαίρα. Είναι επίσης πιθανό να είναι και επίπεδο, ισορροπώντας πάνω στην κόψη του ξυραφιού της βαρύτητας, ανάμεσα στις δύο προηγούμενες πιθανότητες. Από τις παρατηρήσεις προκύπτει ότι η πραγματική πυκνότητα του Σύμπαντος είναι πολύ κοντά στην κρίσιμη πυκνότητα, που χρειάζεται για να είναι το Σύμπαν επίπεδο. Σήμερα θεωρείται ότι τελικά το Σύμπαν μοιάζει πολύ με την περισσότερο απίθανη κατάσταση: την απόλυτη ομαλότητα. Κι αυτό σημαίνει ότι όταν δημιουργήθηκε θα πρέπει να ήταν πολύ ομαλότερο (επίπεδο), όπως υπέδειξαν το 1979 οι Robert Dicke και James Peebles, δυο από τους αστρονόμους του Πρίνστον που ανακάλυψαν την ακτινοβολία του υποβάθρου. Η ανακάλυψη ότι το Σύμπαν βρίσκεται σε μια κατάσταση — έστω και κατά προσέγγιση — ομαλότητας είναι ακόμα πιο απίθανη κι από την περίπτωση να ισορροπεί στη μύτη του επί εκατομμύρια χρόνια, ένα καλοξυσμένο μολύβι. Κι αυτό γιατί, όπως έδειξαν οι Dicke και Peebles, οποιαδήποτε απόκλιση του Σύμπαντος από την ομαλότητα που προέκυψε από τη Μεγάλη Έκρηξη, θα αυξανόταν υπερβολικά όσο το Σύμπαν διαστελλόταν και «γερνούσε». Όπως το μολύβι πέφτει με την παραμικρότερη ώθηση, έτσι και το Σύμπαν πολύ γρήγορα αποκλίνει από την τέλεια ομαλότητα. Η κατάσταση τέλειας ισορροπίας είναι μια κατάσταση αστάθειας κι οποιαδήποτε απόκλιση από την τελειότητα καταστρέφει την ισορροπία. Από υπολογισμούς κατά τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης ένα τέτοιο σύμπαν, προκειμένου να έχει πυκνότητα παραπλήσια με την κρίσιμη τιμή, ήταν σε μια κατάσταση ακραίας ομαλότητας. Alan Guth και πληθωρισμός Την άνοιξη του 1979, ο Dicke έδωσε μια διάλεξη στο Πανεπιστήμιο του Cornel στην οποία εξέτασε το πρόβλημα της ομαλότητας και έδειξε πόσο λεπτή είναι η ισορροπία μεταξύ αιώνιας διαστολής και βίαιης κατάρρευσης. Έτυχε τότε να την παρακολουθήσει ο νεαρός τότε ερευνητής Alan Guth. Παρά την αρχική δυσπιστία του ο Guth βρήκε συναρπαστικές τις ιδέες του Dicke και σιγά σιγά αναμίχθηκε ολοένα και βαθύτερα στις κοσμολογικές μελέτες. Χρειάστηκαν μερικοί μήνες για να συνδυαστούν οι ιδέες που ανέπτυξε ο Dicke, εκείνη την ανοιξιάτικη μέρα στο Cornel, με άλλες ιδέες που ανακάλυπτε ο Guth στην κοσμολογία και στη σωματιδιακή φυσική (την πρωταρχική του ειδικότητα). Μέχρι τον Δεκέμβριο του 1979 οι ιδέες άρχισαν να σχηματοποιούνται στο μυαλό του και το απόγευμα μέχρι τη νύχτα της 6ης Δεκεμβρίου 1979, ο Guth συνδύασε τα κομμάτια του παζλ, πραγματοποιώντας έτσι τη μεγαλύτερη θεωρητική συμβολή στην κοσμολογία του πρωταρχικού Σύμπαντος, από την εποχή της εργασίας του Gamov, πριν από πολλά χρόνια. Ο Guth χρησιμοποίησε και τις ιδέες της σωματιδιακής φυσικής ότι στο πολύ νεαρό σύμπαν η ασθενής, η ισχυρή και η ηλεκτρομαγνητική δύναμη αποτελούσαν μέρη μιας μοναδικής και ενιαίας δύναμης. Υπήρχε, δηλαδή, μια συμμετρία που συσχέτιζε την καθεμία δύναμη με την άλλη. Για να είναι, λοιπόν, οι δυνάμεις αυτές τόσο διαφορετικές σήμερα, η συμμετρία που τις ενοποιούσε θα πρέπει να διασπάστηκε. Στις Μεγάλες Ενοποιημένες θεωρίες GUT, αυτή η αυθόρμητη διάσπαση της συμμετρίας, όπως λέγεται, επιτυγχάνεται μέσω των επονομαζόμενων πεδίων Higgs, τα οποία είχε προτείνει ο Βρετανός φυσικός Peter Higgs, στην προσπάθεια του να εξηγήσει τον τρόπο με τον οποίο τα διάφορα στοιχειώδη σωματίδια αποκτούν τη μάζα τους. Ο Guth εισήγαγε εν τέλει μια εντελώς καινούρια κοσμολογική έννοια, κάνοντας άλλο ένα βήμα μπροστά, τόσο σημαντικό, όσο κι η ίδια η ιδέα του κοσμικού αυγού: Το δωρεάν γεύμα.
Τον Οκτώβριο του 1979, ο Guth έφυγε από το Cornel και πέρασε ένα χρόνο στο Κέντρο του Γραμμικού Επιταχυντή Στάνφορντ. Και τότε άρχισε να φυτρώνει ο σπόρος που είχε φυτευτεί στο μυαλό του με την ομιλία του Dicke, αφού ποτίστηκε με όλα τα δεδομένα σχετικά με την κοσμολογία και τη σωματιδιακή φυσική, τα οποία ο Guth αφομοίωνε καθώς περνούσαν οι μήνες. Η έννοια που επεξεργάστηκε ήταν το αληθές κενό (μια σταθερή κατάσταση του κενού σαν τη θεμελιώδη κατάσταση των ατόμων), και το ψευδοκενό (μια διεγερμένη κατάσταση σαν τις διεγερμένες καταστάσεις των ατόμων). Οι φυσικοί γνωρίζουν (με τη βοήθεια της κβαντικής φυσικής) ότι το ψευδές κενό σχετίζεται με μια τεράστια ενέργεια, που ασκεί ισχυρή βαρυτική επίδραση. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, όπως έδειξε ο Αϊνστάιν, η ενέργεια έχει μάζα, και συνεπώς ασκεί και αυτή βαρυτική έλξη, όπως ακριβώς και η κανονική ύλη. Η βαρυτική επίδραση της τεράστιας ενέργειας του κβαντικού κενού είναι φυσικά ισχυρότατα ελκτική. Γι αυτό και η εν λόγω κολοσσιαία βαρύτητα του ψευδοκενού δεν βοηθάει στην πρόκληση πληθωρισμού, αφού ο πληθωρισμός απαιτεί κάποιο είδος αντιβαρύτητας. Εντούτοις, η τεράστια ενέργεια του ψευδούς κενού συνδέεται με μια εξίσου τεράστια αρνητική πίεση, και αυτή ακριβώς είναι που λύνει το πρόβλημα. Στο ψευδοκενό η αρνητική πίεση είναι κολοσσιαία αντιβαρυτική, που ανταγωνίζεται την εξίσου τρομακτική βαρυτική έλξη της ενέργειας. Στον μεταξύ τους αγώνα τελικά κερδίζει η αρνητική πίεση και γι αυτό το συνολικό αποτέλεσμα είναι η παραγωγή μιας απωστικής δύναμης τόσο μεγάλης, που μπορεί να διαλύσει το σύμπαν σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Αυτή η γιγαντιαία πληθωριστική ώθηση ήταν που προκάλεσε το διπλασιασμό του μεγέθους του σύμπαντος κάθε 10-34 δευτερόλεπτα. Το ψευδές κενό είναι από τη φύση του ασταθές. Όπως όλες οι διεγερμένες κβαντικές καταστάσεις, μπορεί να αποδιεγερθεί στη θεμελιώδη κατάσταση του, δηλαδή στο αληθές κενό. Όντας μια κβαντική διαδικασία, υπόκειται στην αναπόφευκτη αβεβαιότητα και τις τυχαίες διακυμάνσεις λόγω της αρχής της απροσδιοριστίας του Heisenberg. Αυτό σημαίνει ότι η αποδιέγερση δεν θα συμβεί ομοιόμορφα σε όλο το χώρο: θα υπάρχουν διακυμάνσεις. Αυτές οι κβαντικές διακυμάνσεις του κενού είναι τελικά η πηγή των διακυμάνσεων που παρατηρήθηκαν από τους δορυφόρους COBE και WMPAP. Την 6 Δεκεμβρίου 1979 μετά από μια συζήτηση μεταξύ του Guth κα Dicke, προέκυψε μεταξύ άλλων η ιδέα της δημιουργίας ύλης από μποζόνια X (τα μποζόνια της εποχής GUT) και το ίδιο βράδυ, ο Guth κατάλαβε ότι κάτι καινούργιο αποκρυσταλλωνόταν στο μυαλό του. Αυτό το κάτι ήταν ένα φαινόμενο ανάλογο με την υπέρψυξη του νερού, όταν δηλαδή αυτό ψύχεται κάτω από τους 0 βαθμούς Κελσίου, αλλά χωρίς να παγώνει. Καθώς η ψύξη συνεχίζεται, το νερό τελικά θα παγώσει απότομα και θα αποδώσει τη λανθάνουσα θερμοκρασία τήξης, στη διαδικασία. Κάτω από τους 0 βαθμούς Κελσίου, ο πάγος είναι μια σταθερότερη κατάσταση, έχοντας χαμηλότερη ενέργεια, αλλά η μετάβαση σε μια περισσότερο σταθερή κατάσταση με επακόλουθη απελευθέρωση λανθάνουσας θερμικής ενέργειας, πραγματοποιείται πάντοτε στους 0 βαθμούς Κελσίου.
Αριστερά: Το κενό μπορεί επίσης όπως και το άτομο να έχει μία ή περισσότερες διεγερμένες καταστάσεις. Αυτές οι καταστάσεις του κενού θα έχουν πολύ διαφορετικές ενέργειες, αν και θα φαίνονταν απολύτως όμοιες. Η κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας (δηλαδή η θεμελιώδης κατάσταση) ονομάζεται μερικές φορές αληθές κενό. Ένα διεγερμένο κενό αντίθετα αναφέρεται ως ψευδοκενό. Στο ψευδοκενό τα πεδία Higgs είναι μηδενικά, ενώ εκεί η πυκνότητα της ενέργειας των πεδίων Higgs είναι κολοσσιαία και σταθερή! Αντίθετα, στο αληθές κενό (με τη χαμηλότερη πυκνότητα ενέργειας) η ενέργεια των πεδίων Higgs έχει την ελάχιστη τιμή της, όμως το ίδιο το πεδίο Higgs είναι διάφορο του μηδενός και μπορεί έτσι να δώσει μάζα στα μέχρι τότε άμαζα σωματίδια, αλληλεπιδρώντας με αυτά. Ο Guth είπε ότι κάτι παρόμοιο θα μπορούσε να συμβαίνει και στα πεδία Higgs. Ενώ η θερμοκρασία του Σύμπαντος συνεχίζει να κατεβαίνει κάτω από τους 1027 Κέλβιν, όπου η συμμετρία πρέπει να καταστραφεί, τα πεδία παραμένουν για κάποιο χρόνο σε κατάσταση ψευδοκενού (μια κατάσταση λίγο πιο πάνω από το αληθές κενό), όπως το υπέρψυχρο νερό παραμένει υγρό ακόμα κι όταν η θερμοκρασία είναι κατώτερη από το σημείο πήξης. Η συμμετρία καταστρέφεται μόνο εάν και εφόσον τα πεδία «βρουν» έναν τρόπο να περάσουν μέσα από τα τοιχώματα γύρω τους και να φτάσουν σε μια «βαθύτερη» κατάσταση αληθινού κενού, στην οποία καταστρέφεται η συμμετρία. Ο Guth είχε ανακαλύψει τη βάση για μια περιγραφή του πολύ πρωταρχικού Σύμπαντος, η οποία σήμερα είναι γνωστή σαν πληθωρισμός. Και σύντομα συνειδητοποίησε ότι το νέο μοντέλο του θα μπορούσε να ερμηνεύσει το πρόβλημα της ομοιομορφίας του σύμπαντος. Και παρόλο που η εργασία του έδειξε ότι το μοντέλο εμφάνιζε ορισμένες ατέλειες, προχώρησε στη δημοσίευση της εργασίας, δηλώνοντας χωρίς περιστροφές ότι κάποιος άλλος θα συμπλήρωνε τις ατέλειες και θα βελτίωνε την ιδέα. Πεδίο Higgs και πληθωρισμός Ο Guth, που στην αρχή είχε ασχοληθεί με τη σωματιδιακή φυσική, μπόρεσε να εφαρμόσει τις θεωρίες της μεγάλης ενοποίησης GUTs στην κοσμολογία. Έτσι, μπόρεσε να πάρει ακριβώς τον κατάλληλο μηχανισμό για να πετύχει την εκθετική διαστολή ή πληθωρισμό. Μετά την εποχή Planck, κατά τα πρώτα 10 -43 του δευτερολέπτου, σπάει η αρχική μεγάλη συμμετρία και η βαρύτητα αποχωρίζεται από τις υπόλοιπες τρεις δυνάμεις. Ομοίως η ισχυρή πυρηνική δύναμη – περίπου στα πρώτα 10-35 sec – αποχωρίζεται από την ηλεκτρασθενή (άλλη μια διάσπαση συμμετρίας). Στα πλαίσια των θεωριών της μεγάλης ενοποίησης υπάρχουν βαθμωτά πεδία τα οποία σχετίζονται με τις διασπάσεις αυτών των συμμετριών. Ακριβώς τότε – και σε χρόνο 10-32 sec περίπου – τα βαθμωτά πεδία διπλασίασαν το μέγεθος του σύμπαντος τουλάχιστον κατά μια φορά ανά 10-34 του δευτερολέπτου ή μέσα σε 10-32 sec έγιναν 100 διπλασιασμοί μεγέθους. Το μοντέλο του Guth ξεκινά από την ιδέα της μετάβασης Higgs, δηλαδή την χρονική στιγμή που διασπώνται οι GUTs, ή την διαδικασία με την οποία καταστρέφεται η συμμετρία τους, καθώς τα διανυσματικά μποζόνια Χ της GUT «καταβροχθίζουν» τα σωματίδια Higgs και αποκτούν μάζα. Ο Guth έδωσε το όνομα «ψεύτικο κενό» ή ψευδοκενό στην κατάσταση όπου τα πεδία Higgs είναι μεν μηδενικά – ενώ η πυκνότητα της ενέργειας των πεδίων Higgs είναι κολοσσιαία και σταθερή! – και αληθές κενό στην κατάσταση στην οποία η πυκνότητα ενέργειας των πεδίων Higgs έχει την ελάχιστη τιμή της και το ίδιο το πεδίο δεν είναι μηδενικό (αντίθετες δηλαδή καταστάσεις στα δύο είδη κενού). Στο αληθές κενό η συμμετρία είναι κατεστραμμένη και τα διανυσματικά μποζόνια έχουν αποκτήσει μάζα. Μάλιστα πρότεινε ότι η διαταραχή της GUT αντιστοιχεί σε μια μετάβαση από το ψεύτικο στο αληθινό κενό. Η κολοσσιαία ενέργεια την εποχή του πληθωρισμού βρέθηκε, λοιπόν, μέσα στο ψευδοκενό, που χαρακτηρίζεται από ένα πεδίο απωστικής βαρύτητας. Ας σημειωθεί ότι ένα χαρακτηριστικό του ψευδοκενού είναι ότι δεν αραιώνει με την διαστολή – όπως για παράδειγμα ένα αέριο – αλλά η πυκνότητα της ενέργειας του παραμένει σταθερή καθώς ο Κόσμος αυξάνεται. Με αυτό τον τρόπο, λόγω της διαστολής η ενέργεια του αντί να μειώνεται, συνεχώς αυξανόταν, δημιουργώντας κολοσσιαίες ποσότητες ενέργειας. Όμως, από τις εξισώσεις προκύπτει ότι το σύμπαν ψύχθηκε ανάμεσα στο 10-43 και 1O-35 δευτερόλεπτο – μετά τη στιγμή της δημιουργίας – και τότε τα πεδία Higgs σταθεροποιούνται σε μια κατάσταση ελάχιστης ενέργειας. Αλλά σε ποιά κατάσταση σταθεροποιήθηκε; Ας υποθέσουμε ότι σταθεροποιούνται τελικά σε μια κατάσταση που αντιστοιχεί στο ψεύτικο κενό, το οποίο είναι απλώς ένα τοπικό ελάχιστο, σαν μια κοιλότητα που βρίσκεται μέσα στον κρατήρα ενός ηφαιστείου. Σε μια τέτοια κατάσταση: Όπως τα σωματίδια άλφα διαφεύγουν μέσα από μια κβαντική σήραγγα κάνοντας χρήση της Αρχής της Απροσδιοριστίας, έτσι και τα πεδία Higgs μπορούν να ξεφύγουν από την κατάσταση του ψεύτικου κενού μέσα από μια σήραγγα με τη βοήθεια της Αρχής της Απροσδιοριστίας, προς το αληθές κενό. Ο Guth ανακάλυψε έκπληκτος ότι ενώ το πεδίο Higgs εγκλωβίζεται στο ψεύτικο κενό (ή στην υπέρψυχρη κατάσταση), η τεράστια πυκνότητα της ενέργειας του έχει σαν αποτέλεσμα μια κολοσσιαία συνεχής ώθηση του Σύμπαντος προς τα έξω, η οποία το εξαναγκάζει να διασταλεί με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα απ’ αυτή που προβλέπει το Αποδεκτό Μοντέλο. Για ένα πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, η επίδραση είναι παρόμοια με την εισαγωγή στις εξισώσεις μιας κοσμολογικής σταθεράς, αλλά πολύ ισχυρότερης απ’ όσο είχε φανταστεί ο Αϊνστάιν. Το αποτέλεσμα είναι η εκθετική διαστολή του σύμπαντος. Το σύμπαν δηλαδή διπλασιάζεται σε μέγεθος συνεχώς, κάθε 10-34 του δευτερολέπτου που περνάει. Αλλά αν το Σύμπαν διπλασιάζεται κάθε 10-34 του δευτερολέπτου, τότε 10-33 του δευτερόλεπτα μετά τη στιγμή της δημιουργίας, ο δεδομένος όγκος έχει υποστεί διπλασιασμό 10 φορές και αυξάνεται σε μέγεθος με ένα συντελεστή της τάξης του 2100. Σε ελάχιστο χρόνο μια περιοχή 10-32 φορές μικρότερη από ένα πρωτόνιο (περίπου 10-48 εκατοστά) μπορεί να διογκωθεί — απ’ αυτό προήλθε και η ονομασία του μοντέλου — και να γίνει μια περιοχή με διάμετρο 10 εκατοστά, αντίστοιχη δηλαδή με το χώρο που καταλαμβάνει ένα γκρέηπφρουτ. Ή για να καταλάβουμε το μέγεθος της διαστολής φαντασθείτε ένα μπιζέλι (με ακτίνα 1 εκατοστό) να καταλάβει τον χώρο του δικού μας Γαλαξία. Αν δεν υπήρχε ο πληθωρισμός αντί για την αύξηση της ακτίνας του σύμπαντος κατά 1050 φορές – μέσα σε 10-32 του δευτερολέπτου – το σύμπαν θα είχε αυξηθεί μόνο κατά 30 φορές! Μία από τις πιο παράξενες ιδιότητες του πληθωρισμού είναι ότι έδρασε ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός. Το φως χρειάζεται 30 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου για να διασχίσει ένα εκατοστό, ο πληθωρισμός όμως διαστέλλει το σύμπαν από μια διάμετρο πολύ-πολύ μικρότερη αυτής του πρωτονίου σε διάμετρο 10 cm σε χρόνο 15 Χ 10-33 sec. Οι υπολογισμοί δείχνουν μια ταχύτητα διαστολής 100 φορές μεγαλύτερη από του φωτός. Κάτι τέτοιο επιτρέπεται από τη σχετικότητα γιατί δεν κινείται η ύλη, αλλά διαστέλλεται ο ίδιος ο χωροχρόνος. Διαστάσεις του σύμπαντος πριν και μετά τον πληθωρισμό – Ο αισθητός Κόσμος είναι η πιο μακρινή ακτίνα στην οποία μπορούμε να δούμε σήμερα. Είναι ο σφαιρικός όγκος του Κόσμου μέσα στον παρόντα ορίζοντα. Η ακτίνα αυτής της σφαίρας είναι η απόσταση που έχει ταξιδέψει το φως από την αρχή του χρόνου. Αν πολλαπλασιάσουμε την ταχύτητα του φωτός με την ηλικία του σύμπαντος παίρνουμε κατά προσέγγιση 1028 εκατοστά για τον ορίζοντα σήμερα. – Η εξίσωση για την διαστολή του Κόσμου λέει ότι έχει διασταλεί σχεδόν κατά έναν παράγοντα 1026 από την εποχή μετά τον πληθωρισμό (10-32 δευτερόλεπτα) έως σήμερα . Κατά συνέπεια, ο σημερινός ορίζοντας μετά το τέλος του πληθωρισμού ήταν τότε μια σφαίρα διαμέτρου περίπου 10 έως 100 εκατοστά (η διαφορά είναι μικρή). – Και στην αρχή του πληθωρισμού ο αισθητός κόσμος ήταν περίπου 1050 φορές μικρότερος, ή μόνο 10-48 εκατοστά. Ήταν πάρα πολύ μικρότερος από οποιαδήποτε γνωστή μας δομή. Ο πληθωρισμός πραγματοποιείται στον απίστευτα μικροσκοπικό κόσμο του πολύ πρώιμου σύμπαντος, και ξαφνικά τον κάνει να αποκτήσει διαστάσεις στις οποίες είμαστε εξοικειωμένοι. Αλλά από τη στιγμή που τα πεδία Higgs θα ξεφύγουν προς το αληθινό κενό, μέσα από τη «κβαντική σήραγγα», σταματά ο ραγδαίος εκθετικός πληθωρισμός. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα να μην δημιουργείται πια ενέργεια στο ψευδοκενό και ο πληθωρισμός να σταματήσει. Η ενέργεια του πεδίου είχε καταναλωθεί στην παραγωγή ενός τεράστιου πλήθους ζευγών από σωματίδια και αντι-σωματίδια (μια καυτή σούπα από ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια, νετρίνα και κουάρκς). Τότε το σύμπαν αναθερμαίνεται από τη διαδικασία αυτή φτάνοντας ξανά στους 1027 Κέλβιν. Αυτή η αναθέρμανση εμφανίζεται λόγω της παραγωγής σωματιδίων από το πεδίο Higgs. Μάλιστα όλη η ύλη από την οποία αποτελείται σήμερα το σύμπαν δημιουργήθηκε από τη διαδικασία της αναθέρμανσης. Σχεδόν το σύνολο της ύλης και της ενέργειας του Σύμπαντος όπως το ξέρουμε, θα μπορούσε να έχει προκύψει με αυτό τον τρόπο από τη διαδικασία της πληθωρισμός. Αυτή η δυνατότητα δημιουργείται επειδή η βαρυτική ενέργεια του Σύμπαντος είναι αρνητική κι όσο περισσότερο αρνητική είναι, τόσο μεγαλύτερο είναι και το Σύμπαν. Κι ενώ η βαρυτική ενέργεια του σύμπαντος – στην περίοδο του πληθωρισμού – γίνεται όλο και περισσότερο αρνητική, αυξάνεται η θετική ύλο-ενέργεια κι έτσι επέρχεται αλληλοεξουδετέρωση. Κι όπως το θέτει ο Guth, το Σύμπαν είναι το «δωρεάν γεύμα». Όσο επιβραδύνεται η διαστολή, αποκτώντας το φυσιολογικό της ρυθμό — που αντιστοιχεί στο Καθιερωμένο Μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης — τα μποζόνια X (της υπερδύναμης), που δημιουργήθηκαν από την ενέργεια Higgs, αποσυντίθενται προκαλώντας μια μικρή περίσσεια ύλης ως προς την αντιύλη και τα υπόλοιπα εξελίσσονται όπως περιγράφει το Καθιερωμένο Μοντέλο. Ο ίδιος ο πληθωρισμός ολοκληρώνεται μόλις 10-30 δευτερόλεπτα μετά τη στιγμή της δημιουργίας και στο τέλος της εποχής του πληθωρισμού το σύμπαν έχει ένα πυκνό μίγμα από κουάρκ (ύλη), αντικουάρκ (αντιύλη) και γκλουόνια. Λύνονται και τα υπόλοιπα τρία προβλήματα
Η επίλυση του προβλήματος του ορίζοντα είναι η εξής: απλά, οι περιοχές που βρίσκονται σήμερα στις «αντίθετες πλευρές» του Σύμπαντος βρίσκονταν σε επαφή» λίγο μετά τη στιγμή της δημιουργίας, προτού απομακρυνθούν ραγδαία η μία από την άλλη εξαιτίας της πληθωρισμού. Το Σύμπαν που αντιλαμβανόμαστε σήμερα είναι πολύ ομοιόμορφο, επειδή έχει προέλθει από την «έκρηξη» ενός μικροσκοπικού σπόρου στον οποίο όλη η ενέργεια ήταν ομοιόμορφα κατανεμημένη. Η επίλυση του προβλήματος της ομαλότητας είναι λίγο πιο πολύπλοκη. Όταν φουσκώνετε ένα μπαλόνι, η επιφάνεια γίνεται ολοένα και πιο επίπεδη (ομαλότερη) όσο πιο πολύ διογκώνεται το μπαλόνι. Τείνει να ταυτιστεί με μια επίπεδη επιφάνεια. Το ίδιο συμβαίνει και στην περίπτωση της καμπύλωσης του χωροχρόνου, καθώς ο χωροχρόνος διαστέλλεται εξαιτίας της πληθωρισμού. Οποιοδήποτε βαθμό καμπύλωσης κι αν θεωρήσετε για αρχή, από τη στιγμή που ο χωροχρόνος έχει διασταλεί με ένα συντελεστή της τάξης του 1050, καταντά να ταυτίζεται με μια επίπεδη επιφάνεια (επίπεδο Σύμπαν). Κάθε κυρτό σύμπαν μετατρέπεται — απ’ όσο μπορούν να μας πουν οι παρατηρήσεις μας — σε επίπεδο σύμπαν, με πυκνότητα που πλησιάζει στην κρίσιμη τιμή, από τη στιγμή που το σύμπαν έχει φτάσει στο μέγεθος ενός γκρέηπφρουτ. Επίσης, επειδή η ενέργεια σε ένα βαρυτικό πεδίο είναι αρνητική, ενώ η ενέργεια που αποθηκεύεται στην ύλη είναι θετική, αν το σύμπαν είναι ακριβώς επίπεδο, τότε όπως υπέδειξε ο Tryon οι δύο ποσότητες εξουδετερώνονται, και η συνολική ενέργεια του Σύμπαντος είναι ακριβώς μηδέν. Στη περίπτωση αυτή, οι κβαντικοί κανόνες του επιτρέπουν να ζήσει επ’ άπειρον. Και το πρόβλημα των μονοπόλων λύνεται με πραγματικά πολύ απλό τρόπο. Παρόλο που μπορεί να υπήρχαν αρκετά μονόπολα στο πολύ πρωταρχικό Σύμπαν, πριν τον πληθωρισμό, η περιοχή του χώρου που μπορούμε να δούμε έχει προέλθει από τη διαστολή ενός τόσο μικρού όγκου, ώστε να είναι πολύ απίθανο να υπήρξε έστω και ένα μονόπολο σ’ αυτήν ειδικά την περιοχή του χωροχρόνου. Αυτή η ανάλυση του προβλήματος των μονοπόλων αποτελεί το κυριότερο μέρος του μοντέλου Guth αλλά και των μεταγενέστερων πληθωριστικών μοντέλων. Σαν συνέπεια, μπορεί στην πραγματικότητα να υπάρχουν άλλες περιοχές του χωροχρόνου πέρα από το ορατό Σύμπαν οι οποίες δεν υπέστησαν διόγκωση με την ίδια ταχύτητα με τη δική μας «φυσαλίδα» από την οποία προήλθε το Σύμπαν. Μπορεί να ζούμε σε μια «τοπική» περιοχή (η οποία είναι ολόκληρο το παρατηρήσιμο Σύμπαν) ενός πολύ μεγαλύτερου μετασύμπαντος. Αλλά θα μπορούσαν να γίνουν ορατές αυτές οι περιοχές; Στην πραγματικότητα, αυτή η προοπτική υπήρξε και η μοιραία ατέλεια του πρωταρχικού πληθωριστικού μοντέλου. Το Χαοτικό Πληθωριστικό Μοντέλο του Andrei Linde Ο Guth όμως παρά τις επιτυχίες του υπέθεσε ένα σύμπαν πολύ διαφορετικό από αυτό που βλέπουμε σήμερα. Φυσικά ήταν σωστή η εκθετική διόγκωση του σύμπαντος που έλυσε τόσα πολλά προβλήματα.
Αλλά το καλοκαίρι του 1981, ανακάλυψε μια λύση στο πρόβλημα. Ο Linde θεώρησε ότι δεν υπάρχει ένα βαθύ πηγάδι, σαν τον κρατήρα ενός ηφαιστείου, που αντιστοιχεί στην κατάσταση του ψεύτικου κενού. Αντί γι’ αυτό, υπάρχει ένα χαμηλό «οροπέδιο» ενέργειας το οποίο έχει πλαγιές με ελαφριά κλίση που καταλήγουν στην κατάσταση του αληθινού κενού — το οποίο βρίσκεται στους «πρόποδες» του οροπεδίου. Ένα πεδίο Higgs πάνω σ’ ένα τέτοιο εξόγκωμα θα «κατρακυλούσε» πολύ ομαλά και ήρεμα στην κατάσταση του αληθινού κενού, χωρίς περίπλοκες σειρές τοπικών κβαντικών μεταβάσεων, που θα αντιστοιχούσαν στο «άνοιγμα» μιας «σήραγγας» μέσα από το τοίχωμα. Το αποτέλεσμα είναι ένα σύμπαν ομαλό και ομοιόμορφο, ένα σύμπαν που έχει συμπυκνωθεί σαν το ζελέ στο ψυγείο, και που δεν μοιάζει καθόλου με το σμήνος των αυγών του βατράχου. Η ιδέα έγινε γνωστή σαν το «νέο πληθωριστικό σενάριο» και παρόλο που μεσολάβησε ένα μικρό χρονικό διάστημα, έγινε πολύ δημοφιλής, στα μέσα της δεκαετίας του 1980.
Λίγο αργότερα ο Linde πρότεινε το «χαοτικό πληθωρισμό», ανοίγοντας νέους ορίζοντες στη θεωρητική κοσμολογία. Οι ερευνητές συνειδητοποίησαν, παράλληλα, ότι τα νεαρό σύμπαν θα πρέπει να έδωσε το έναυσμα για τη δημιουργία ηχητικών κυμάτων, τα οποία προκάλεσαν μια σειρά από συμπυκνώσεις και αραιώσεις του αρχέγονου πλάσματος. Αυτές με τη σειρά τους δημιούργησαν πολύ μικρές εναλλαγές θερμοκρασίας (οι συμπυκνώσεις της ύλης αύξαναν λίγο τη θερμοκρασία, ενώ οι αραιώσεις τη μείωναν), οι οποίες αποτυπώθηκαν -«πάγωσαν», θα λέγαμε- στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου (η οποία ήδη είχε εντοπισθεί). Ποια όμως ήταν η πηγή των αρχικών διακυμάνσεων, από τις οποίες προήλθαν τα ηχητικά κύματα; Σύμφωνα με τη θεωρία του πληθωριστικού σύμπαντος, η επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος οφείλεται σε μια παράξενη μορφή ενέργειας ενός πεδίου, το οποίο αναφέρεται κι ως «πεδίο inflaton». Με το πέρας της πληθωριστικής εποχής, η αρχική μικρή μας περιοχή έχει διασταλεί σε απίστευτο βαθμό. Η αρχική συμμετρία μεταξύ των τριών αλληλεπιδράσεων (ασθενής, ισχυρή και ηλεκτρομαγνητική) έχει πλέον διασπαστεί και η ενέργεια των πεδίων Higgs απελευθερώνεται, οδηγώντας σε μια εκρηκτική παραγωγή στοιχειωδών σωματιδίων.
Από το σημείο αυτό και ύστερα, η περιοχή συνεχίζει να διαστέλλεται και να ψύχεται με τον τρόπο που περιγράφει η κλασική θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Οι κβαντικές διακυμάνσεις των πεδίων Higgs μεγεθύνθηκαν από την εκθετική διαστολή του σύμπαντος και δημιούργησαν τις διακυμάνσεις στην ενεργειακή πυκνότητα της αρχέγονης ύλης του νεαρού σύμπαντος και εντέλει τις κοσμικές δομές που παρατηρούμε σήμερα. Ο Linde όπως γνωρίζουμε βοήθησε στην εδραίωση της πληθωριστικής κοσμολογίας – τη θεωρία ότι ο Κόσμος άρχισε όχι με ένα καυτό Big Bang αλλά με μια εξαιρετικά γρήγορη διαστολή (πληθωρισμός) του χώρου σε μια κατάσταση σαν το κενό. Σύμφωνα με την πληθωριστική θεωρία, αυτό που ονομάζουμε Σύμπαν είναι μόλις ένα λεπτό τμήμα ενός πολύ μεγαλύτερου Κόσμου. Το 1983, ο Linde υπέθεσε ότι η κβαντική κατάσταση του πρώιμου σύμπαντος θα μπορούσε να ποικίλλει από περιοχή σε περιοχή με χαοτικό τρόπο: χαμηλή ενέργεια εδώ, μετρίως διεγερμένη κατάσταση εκεί, εντόνως διεγερμένη σε άλλες περιοχές. Ο πληθωρισμός θα εμφανιζόταν στις περιοχές όπου η κατάσταση ήταν διεγερμένη. Επιπλέον, οι υπολογισμοί του Linde για τη συμπεριφορά της κβαντικής κατάστασης έδειξαν σαφώς ότι οι ανώτερες διεγερμένες καταστάσεις θα διαστέλλονταν με ταχύτερο ρυθμό απ’ ό,τι οι άλλες, ενώ θα αποδιεγείρονταν με αργότερο ρυθμό · έτσι, όσο πιο διεγερμένη ήταν η κατάσταση σε μια συγκεκριμένη περιοχή του χώρου, τόσο περισσότερο το σύμπαν θα διαστελλόταν πληθωριστικά σ’ αυτή την περιοχή. Είναι προφανές ότι ύστερα από πολύ σύντομο χρονικό διάστημα οι περιοχές του χώρου όπου τυχαία η ενέργεια ήταν υψηλότερη, και συνεπώς η πληθωριστική διαστολή ταχύτερη, θα είχαν διογκωθεί περισσότερο από όλες τις άλλες και θα καταλάμβαναν τη μερίδα του λέοντος από τον συνολικό χώρο. Ο Linde παρομοιάζει αυτή την κατάσταση με τη δαρβινική εξέλιξη ή τα οικονομικά. Μια επιτυχημένη κβαντική διακύμανση που οδηγεί σε ανώτερη διεγερμένη κατάσταση, αν και σημαίνει δανεισμό μεγάλου ποσού ενέργειας, επιβραβεύεται αμέσως από την τεράστια αύξηση του όγκου της περιοχής όπου συνέβη. Επομένως, οι περιοχές που δανείζονται μεγάλα ποσά ενέργειας και διαστέλλονται υπερπληθωριστικα σύντομα θα κυριαρχήσουν. Εξαιτίας του χαοτικού πληθωρισμού, το σύμπαν θα διαχωριζόταν σε μια ομάδα μίνι-συμπάντων, ή φυσαλίδων, μερικά από τα οποία θα διαστέλλονταν πληθωριστικά «σαν τρελά», ενώ άλλα δεν θα διαστέλλονταν καθόλου. Λόγω των τυχαίων διακυμάνσεων, μερικές περιοχές θα είχαν πολύ υψηλές ενέργειες διέγερσης, και επομένως σ’ αυτές τις περιοχές θα συντελούνταν πολύ μεγαλύτερη πληθωριστική διαστολή απ’ όση είχε υποτεθεί στην αρχική θεωρία. Ωστόσο, επειδή αυτές ακριβούς είναι οι περιοχές που διαστέλλονται περισσότερο, ένα τυχαία επιλεγμένο σημείο στο μεταπληθωριστικό σύμπαν είναι πολύ πιθανό να βρίσκεται σε μια τέτοια περιοχή. Έτσι, και η δική μας θέση στο Διάστημα πιθανότατα βρίσκεται βαθιά στο εσωτερικό μιας τέτοιας περιοχής που έχει διασταλεί υπερπληθωριστικά. O Linde υπολόγισε ότι τέτοιες «μεγάλες φυσαλίδες» μπορεί να έχουν προκύψει από διαστολή κατά έναν παράγοντα ίσο με το 10 υψωμένο στα εκατό εκατομμύρια μηδενικά!. Μέσα στη δική μας φυσαλίδα—η οποία εκτείνεται σε τεράστιες αποστάσεις πέρα από το σύμπαν που είναι σήμερα παρατηρήσιμο—, ύλη και ενέργεια είναι σχεδόν ομοιόμορφα κατανεμημένες. Ωστόσο, πέρα από αυτήν βρίσκονται άλλες φυσαλίδες, καθώς επίσης και περιοχές που είναι ακόμη στη διαδικασία του πληθωρισμού. Στην πραγματικότητα, στο μοντέλο του Linde ο πληθωρισμός δεν παύει ποτέ: υπάρχουν πάντα περιοχές του χώρου όπου συντελείται πληθωριστική διαστολή και όπου νέες φυσαλίδες σχηματίζονται, ακόμη και όταν άλλες ολοκληρώνουν τον κύκλο της ζωής τους και πεθαίνουν. Έτσι, αυτή είναι μια μορφή αιώνιου σύμπαντος, παρόμοια με εκείνη της θεωρίας των συμπάντων-βρεφών, όπου νέα ζωή και νέα σύμπαντα αναδύονται αιώνια. Δεν υπάρχει τέλος στην παραγωγή νέων φυσαλίδων-συμπάντων μέσω πληθωρισμού — και πιθανώς ούτε αρχή, αν και όσον αφορά αυτό το ζήτημα υπάρχουν τώρα κάποιες διαφωνίες. «Το Σύμπαν μοιάζει πραγματικά, όχι όπως μια φυσαλίδα, αλλά όπως μια φυσαλίδα που παράγει νέες φυσαλίδες», εξηγεί ο Linde. «Ζούμε σε ένα μικροσκοπικό μέρος της μιας φυσαλίδας, και κοιτάζουμε γύρω μας και λέμε», αυτός είναι ο Κόσμος μας.» Μερικοί θεωρητικοί προσπάθησαν να ξεπεράσουν τις όποιες δυσκολίες του προηγούμενου μοντέλου, εγκαταλείποντας τη θεωρία με τις GUT, η οποία δεν είναι καλά κατανοητή, και υιοθετώντας μια άλλη θεωρία, τη SUSY (υπερσυμμετρία), η οποία είναι ακόμα λιγότερο κατανοητή. Η βασική όμως ιδέα μοιάζει σήμερα αρκετά δυνατή και αρκετά καλά εδραιωμένη, ώστε να έχουμε τόση εμπιστοσύνη στο γεγονός ότι στην αρχή της ζωής του Σύμπαντος υπήρξε μια περίοδος πληθωρισμού, που «φούσκωσε» ένα χώρο με το μέγεθος του Πλανκ (1O-43 εκατοστά) στο μέγεθος όλων αυτών που βλέπουμε γύρω μας, όση εμπιστοσύνη έδειξε κι ο Gamov στην ιδέα της Μεγάλης Έκρηξης, πριν από εξήντα χρόνια. Ο Κόσμος μετά τον πληθωρισμό Και τι έγινε μετά το τέλος του πληθωρισμού; Το σύμπαν έγινε σχεδόν ομοιογενές, επίπεδο, και χωρίς σωματίδια. Μία από τις επιτυχίες της θεωρίας του πληθωρισμού είναι ότι εξήγησε γιατί δεν βλέπουμε σήμερα σωματίδια – λείψανα εκείνης της εποχής, μονόπολα και γκραβιτίνα. Όμως ακόμα πρέπει να εξηγήσουμε πώς γεννήθηκαν όλα τα σωματίδια που βλέπουμε σήμερα Επειδή ο πληθωρισμός μειώνει την πυκνότητα των σωματιδίων ουσιαστικά στο μηδέν, ξέρουμε ότι τα σωματίδια σήμερα στον Κόσμο πρέπει όλα να έχουν παραχθεί μετά από τον πληθωρισμό. Θυμηθείτε ότι ο πληθωρισμός εμφανίζεται όταν σε κάποια περιοχή του διαστήματος (ψευδοκενό) η μεγαλύτερη συμβολή στην ενεργειακή πυκνότητα προέρχεται από ένα βαθμωτό πεδίο υψηλής ενέργειας. Το βαθμωτό πεδίο που προκάλεσε τον πληθωρισμό λέγεται ίνφλατον (inflaton). Κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού το σύμπαν επεκτείνεται όπως είδαμε εκθετικά και η ενεργειακή πυκνότητα του πεδίου ίνφλατον μειώνεται πολύ αργά. Ο πληθωρισμός τελειώνει όταν αυτό το πεδίο φτάσει σε μια αρκετά χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα (στο αληθές κενό), αρχίζοντας να συμπεριφέρεται σαν την ύλη, δηλ. όταν αρχίζει το σύμπαν να υφίσταται κανονική διαστολή. Έτσι στο τέλος του πληθωρισμού ουσιαστικά όλη η ενέργεια του Κόσμου περιλαμβάνεται σε αυτό το ένα, σχεδόν ομοιογενές πεδίο. Πολλά πεδία και σωματίδια στον Κόσμο είναι ασταθή που σημαίνει ότι μετά από λίγο αποσυντίθενται σε άλλες μορφές ενέργειας. Έτσι και το πεδίο ίνφλατον, μόλις η ενεργειακή πυκνότητά του έγινε αρκετά μικρή ώστε να μην μπορεί να κάνει εκθετική διαστολή, το πεδίο inflaton γίνεται ιδιαίτερα ασταθές. Μετά από τον πληθωρισμό η ενέργεια στο πεδίο inflaton θα είχε διασπαστεί γρήγορα σε άλλα σωματίδια και πεδία, έως ότου τελικά ο Κόσμος να περιέχει κυρίως από πιο μακρόβιες μορφές ύλης και ενέργειας, όπως πρωτόνια, νετρόνια, ηλεκτρόνια, και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Αυτά τα σωματίδια-λείψανα (μονόπολα και γκραβιτίνα) μπορούσαν να παραχθούν μόνο στις θερμές και πυκνές συνθήκες του πρώιμου σύμπαντος. Και μετά από τον πληθωρισμό η πυκνότητα και η θερμοκρασία ήταν πάρα πολύ μικρή για να παραχθούν αυτά τα μόρια. Κάθε δε μονόπολο και γκραβιτίνο που παρήχθησαν πριν από τον πληθωρισμό είναι πολύ λεπτά για να τα βρούμε σήμερα. Από τη στιγμή που το ψευδές κενό έχει αποδιεγερθεί, το σύμπαν ξαναρχίζει την κανονική επιβραδυνόμενη διαστολή του. Η ενέργεια που υπήρχε εγκλωβισμένη στο ψευδές κενό ελευθερώνεται με τη μορφή θερμότητας. Η τεράστια πληθωριστική διαστολή είχε ψύξει το σύμπαν σε μια θερμοκρασία πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν. Με το τέλος του πληθωρισμού, όμως, η θερμότητα που ελευθερώνεται το αναθερμαίνει ξαφνικά στην τεράστια θερμοκρασία των 1028 βαθμών. Η διαδικασία αυτή λέγεται επαναθέρμανση. Αυτή η απέραντη δεξαμενή θερμότητας που δημιουργήθηκε τότε επιζεί και σήμερα, με τη μορφή της θερμικής ακτινοβολίας κοσμικού υποβάθρου. Ένα παραπροϊόν της απελευθέρωσης της ενέργειας του κενού είναι ότι τα πολλά δυνάμει σωματίδια που υπήρχαν σ’ αυτό προσέλαβαν ένα μικρό ποσό ενέργειας και προήχθησαν σε πραγματικά σωματίδια. Έπειτα από περαιτέρω διεργασίες και μεταβολές, ένα υπόλειμμα αυτών των αρχέγονων σωματιδίων έφτασε σήμερα να αποτελεί τους 1050τόνους της ύλης που σχηματίζει όλο το παρατηρήσιμο σύμπαν. Πόσο καιρό μετά από τον πληθωρισμό χρειάστηκε το inflaton να διασπαστεί στα σωματίδια που βλέπουμε σήμερα; Δεν ξέρουμε, αλλά αυτό που ξέρουμε είναι ότι έπρεπε να τελειώσει μέχρι την ώρα της πυρηνοσύνθεσης, δηλ. περίπου τρία λεπτά μετά από το τέλος του πληθωρισμού. Το σύμπαν de Sitter Είναι γεγονός ότι η εκθετική διαστολή του χωροχρόνου περιγράφηκε ακριβώς από τον Willem de Sitter στα 1917, σαν μια λύση των εξισώσεων της γενικής σχετικότητας. Όμως, πάνω από μισό αιώνα αυτό το μοντέλο του de Sitter αντιμετωπίστηκε μόνο ως μαθηματικό αξιοπερίεργο, που δεν είχε καμιά σχέση με το πραγματικό σύμπαν. Η λύση του De Sitter των εξισώσεων του Αϊνστάιν περιγράφει ένα άδειο χωροχρόνο, ένα στατικό σύμπαν. Αλλά κατά τη δεκαετία του 1920 αναγνωρίστηκε ότι αν προσθέταμε μια μικροσκοπική ποσότητα ύλης σ’ αυτό το μοντέλο (με μορφή σωματιδίων διασκορπισμένων στο χωροχρόνο), αυτά θα απομακρύνονταν μεταξύ τους με εκθετικό ρυθμό καθώς ο χωροχρόνος θα διαστελλόταν. Αυτό σημαίνει ότι η απόσταση μεταξύ δύο οποιονδήποτε σωματιδίων θα διπλασιαζόταν συνεχώς ανά ίσα χρονικά διαστήματα. Αυτό φαινόταν τελείως μη ρεαλιστικό, ακόμη και όταν ανακαλύφθηκε η διαστολή του σύμπαντος από τον Χάμπλ το 1920. Όταν όμως η θεωρία του πληθωρισμού έδειξε ότι το σύμπαν υπέστη μια εκθετική διαστολή κατά το πρώτο κλάσμα του δευτερολέπτου μετά τη γέννησή του, αυτή η πληθωριστική εκθετική διαστολή φάνηκε ότι μπορούσε να περιγραφεί ακριβώς από το μοντέλο του de Sitter, την πρώτη επιτυχή κοσμολογική λύση των εξισώσεων του Einstein της Γενικής Σχετικότητας. Η ιστορία της επιστήμης όμως μας λέει ότι το πρώτο πληθωριστικό μοντέλο αναπτύχθηκε από τον Alexei Starobinsky, στο Ινστιτούτο Landau για τη θεωρητική φυσική στη Μόσχα στα τέλη της δεκαετίας του 1970, αλλά τότε δεν χρησιμοποιήθηκε ο όρος πληθωρισμός. Το αρχικό ήταν ένα πολύ περίπλοκο μοντέλο βασισμένο σε μια κβαντική θεωρία βαρύτητας, αλλά προκάλεσε αίσθηση μεταξύ των κοσμολόγων της τότε Σοβιετικής Ένωσης και έμεινε γνωστό ως το «μοντέλο Starobinsky» για το σύμπαν. Δυστυχώς, εξαιτίας των δυσκολιών που είχαν τότε οι επιστήμονες της Σοβιετικής Ένωσης να ταξιδέψουν έξω από τα σύνορα της χώρας τους, το μοντέλο αυτό δεν διαδόθηκε στη Δύση. Σημείωση Τελευταίες εργασίες όπως των Bezrukov – Shaposhnikov δείχνουν ότι το πεδίο ίνφλατον και το πεδίο Higgs είναι το ίδιο. Κάποιοι άλλοι φυσικοί δέχονται ότι είναι διαφορετικά ενώ άλλοι πολύ παρόμοια. Γι αυτό υπάρχει και αυτό το μπέρδεμα με τα δύο πεδία. Άλλοτε αναφερόμαστε στο πεδίο ίνφλατον (που προκάλεσε τον πληθωρισμό) και άλλοτε στο πεδίο Higgs που έδωσε μάζα στα σωματίδια αλληλεπιδρώντας μαζί τους. Σύμφωνα με τον Linde υπήρχε στο σύμπαν μετά την εποχή Planck και πριν την GUT (μεταξύ 10-43 sec και 10-35 sec), ένα ενεργειακό πεδίο πολύ παρόμοιο με το πεδίο Higgs του πληθωρισμού GUT. Αυτό το «πεδίο ίνφλατον» είναι παρόμοιο με το πεδίο Higgs στο ότι το σύμπαν τεχνικά ήταν σαν το κενό, όταν γέμισε με αυτό το πεδίο, ακόμα κι αν η ενεργειακή πυκνότητα αυτού του πεδίου ήταν τεράστια. Πάλι, όπως το πεδίο Higgs, έτσι και η ενεργειακή πυκνότητα του πεδίου ίνφλατον μένει σταθερή ακόμα κι αν το σύμπαν διαστέλλεται. Αναλογικά, αυτό το πεδίο (το ίνφλατον) μπορεί να είναι η αιτία του πληθωρισμού, ακριβώς όπως κάνει αργότερα το πεδίο Higgs στην εποχή GUT. Στην πραγματικότητα, όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια του πεδίου ίνφλατον τόσο πιο γρήγορα πραγματοποιείται ο πληθωρισμός. Ο Niel Turok στο πρόσφατο βιβλίο του: Αέναο Σύμπαν γράφει ότι η αιτία τότε του πληθωρισμού ήταν η σκοτεινή ενέργεια, αλλά με πολύ μεγαλύτερη κοσμολογική σταθερά Λ, από τη σημερινή Λ που προκαλεί την επιτάχυνση της διαστολής του σύμπαντος. Πηγές: Το Big Bang του John Gribbin, Περιοδικό Science Illustrated, Wikipedia, Paul Davis, παλιά άρθρα του physics4u |
| Τελευταία ενημέρωση στις 21-04-08 |
|
Πηγή: physics4u.gr
|
Ο Alan Guth γεννήθηκε στο Νιου Τζέρσευ το 1947, και σπούδασε φυσική στο MIT, από όπου πήρε το μάστερ και το διδακτορικό του το 1972. Εργάστηκε πρώτα στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, μετά στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια και τέλος στο Cornel, όπου άκουσε τον Dicke να αναφέρεται στο πρόβλημα της ομαλότητας, την άνοιξη του 1979.
Αλλά το επόμενο βήμα έγινε από το φυσικό Andrei Linde, που τότε ήταν στο Ινστιτούτο Λέμπεντεφ της Μόσχας, το 1981. Ο Andrei Linde γεννήθηκε στη Μόσχα το 1948 και σπούδασε φυσική στο εκεί πανεπιστήμιο, προτού εγκατασταθεί σαν ερευνητής στο Ινστιτούτο Λέμπεντεφ. Ο Linde ενδιαφέρθηκε για τη φύση της φάσης μετατροπής υψηλών ενεργειών των πεδίων Higgs και γοητεύτηκε από την εργασία του Guth. Τον προβλημάτιζε όμως σε βαθμό ενόχλησης η δυσκολία εξήγησης μιας ομαλής μετάβασης από το ψεύτικο στο αληθινό κενό.
Δεξιά: Το πεδίο Inflaton, η αιτία της πληθωριστικής διαστολής του χώρου, συμπεριφέρθηκε όπως μια μπάλα που κυλά σε μια πλαγιά: Αναζητούσε το ελάχιστο της δυναμικής του ενέργειας (κατακόρυφος άξονας). Η αρχική τιμή του πεδίου ήταν υψηλή λόγω των κβαντικών διαδικασιών στην έναρξη του χρόνου. Ενώ στον συμβατικό πληθωρισμό, το πεδίο κινήθηκε κατευθείαν στο ελάχιστο του, όμως σε μια παραλλαγή του πληθωρισμού – τον ανοικτό πληθωρισμό – παγιδεύτηκε σε ένα τοπικό ελάχιστο. Σε όλη σχεδόν την έκταση του σύμπαντος, το πεδίο παρέμεινε εκεί και ο πληθωρισμός δεν τερματίστηκε ποτέ. Σε ορισμένες όμως τυχερές περιοχές, το πεδίο μπόρεσε να ξεφύγει, μέσω του κβαντικού φαινομένου σήραγγας, απ’ το τοπικό ελάχιστο και ολοκλήρωσε την κάθοδό του. Μια τέτοια περιοχή έγινε τελικά η φυσαλίδα μέσα στην οποία ζούμε. Μόλις το πεδίο Inflaton πλησίασε στο ελάχιστό του, την τελική θέση ισορροπίας, άρχισε να ταλαντώνεται πέρα-δώθε, γεμίζοντας το χώρο με ύλη και ακτινοβολία. Ουσιαστικά τότε άρχισε το Big Bang.
Η θεωρία του πληθωρισμού επιβεβαιώνεται από τις μετρήσεις της μικροκυματικής ακτινοβολίας από το δορυφόρο WMAP. Παράλληλα, η θερμοκρασία αυξάνεται ξανά, πλησιάζοντας τους 1027βαθμούς Κέλβιν (επαναθέρμανση). Εκείνο που απομένει είναι μια καυτή θάλασσα στοιχειωδών σωματιδίων σε θερμική ισορροπία – ακριβώς, δηλαδή, αυτό που προϋποθέτει, χωρίς όμως να το εξηγεί, η κλασική θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Το πληθωριστικό μοντέλο προβλέπει ότι οι κβαντικές διακυμάνσεις θα μπορούσαν να έχουν δημιουργήσει μικροσκοπικές ρυτιδώσεις στην δομή του σύμπαντος, ακόμη και όταν το σύμπαν είχε μέγεθος της τάξης του 10-25 cm, δηλαδή 100 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερο από το μήκος Planck. Οι ρυτιδώσεις αυτές αντιστοιχούν στις ανωμαλίες στην κατανομή της ύλης και της ενέργειας στο σύμπαν. Αυτές οι διαταραχές της πυκνότητας, τελικά άφησαν ένα αποτύπωμα στη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, κατά τον χρόνο που η ύλη και η ακτινοβολία αποσυζεύχθηκαν (περίπου 380.000 χρόνια μετά το Big Bang), παράγοντας ακριβώς το είδος της ανομοιομορφίας στην ακτινοβολία υποβάθρου, που παρατηρούμε σήμερα. Μετά την αποσύζευξη, οι διακυμάνσεις της πυκνότητας διαστάλθηκαν και αποτέλεσαν την μεγάλης κλίμακας δομή του σύμπαντος που εκδηλώνεται σήμερα με την κατανομή των σμηνών των γαλαξιών. Αυτό σημαίνει ότι οι παρατηρήσεις ακτινοβολίας υποβάθρου μας δίνουν στην πραγματικότητα πληροφορίες για το τι συνέβη στο σύμπαν όταν αυτό είχε ηλικία λιγότερη από 10-20 του δευτερολέπτου.*
*
06-07-2012
Η ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs και
πώς κάποιοι την εκμεταλλεύονται…
*
Υπ. Διδάκτορας του τμήματος Φυσικής ΑΠΘ
*
*
CERN/ανακάλυψη μποζόνιου Higgs:
Η Ελληνική Συμμετοχή
Σημαντική συμβολή στα 2 μεγάλα πειράματα που οδήγησαν στην ανακάλυψη έχουν επιστήμονες από ελληνικά ερευνητικά κέντρα.
Η Ελλάδα συμμετέχει στο πείραμα με 4 Πανεπιστήμια (Μετσόβειο, Αθηνών, Θεσσαλονίκης, Ιωαννίνων) και 1 ερευνητικό κέντρο (Δημόκριτος), με περίπου 200 ερευνητές (θεωρητικούς και πειραματικούς).
Ανήκουμε στις 12 χώρες που το 1954 ίδρυσαν το CERΝ.
Για τη συμμετοχή μας έχουμε καταβάλλει 15 εκατ. ευρώ ετησίως στο CERN, ποσό που αντιστοιχεί στο 2% του συνόλου.
– Στο πείραμα CMS συμμετέχουν το Πανεπιστήμιο της Αθήνας, το Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων και το Ερευνητικό κέντρο ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος».
– Στο πείραμα ATLAS συμμετέχουν το Πανεπιστήμιο της Αθήνας, το Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο και το Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης.
Συνολικά συμμετέχουν στα πειράματα του CERN περίπου 150 πειραματικοί φυσικοί από Ελληνικά ινστιτούτα, ενώ μαζί με τους θεωρητικούς η συμμετοχή των Ελλήνων αγγίζει τα 200 άτομα.
Η συνεισφορά των Ελληνικών ομάδων ήταν πολύ σημαντική σε κάθε στάδιο της ερευνητικής διαδικασίας μέχρι την τελική ανακάλυψη, καθώς είχαν αναλάβει να κατασκευάσουν ανιχνευτές ή τμήματα της διάταξης των πειραμάτων.
Για το ATLAS:
η ελληνική ομάδα κατασκεύασε και εγκατέστησε στο πείραμα περίπου 30.000 ανιχνευτές μιονίων εξαιρετικής ποιότητας, καθώς και ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου των ανιχνευτών. Μάλιστα, το CERN έκανε ειδική μνεία στους ανιχνευτές μιονίων που παραδόθηκαν, οι οποίοι χαρακτηρίστηκαν οι καλύτεροι όλων.
Για το CMS:
οι Έλληνες σχεδίασαν και κατασκεύασαν 1200 ανιχνευτές τεχνολογίας πυριτίου. Μια μικρή συνεργαζόμενη Ελληνική εταιρεία, η Πρίσμα Ηλεκτρονικά, από την Αλεξανδρούπολη που κατασκεύασε 4.500 μονάδες για τον συγκεκριμένο ανιχνευτή, πήρε το Χρυσό Μετάλλιο 2009 από το πείραμα CMS, για την εξαιρετική ποιότητα κατασκευής.
Επίσης, η συνεργασία του CMS σχεδίασε και κατασκεύασε μέρος του συστήματος επιλογής δεδομένων του πειράματος.
Ακόμα, μια μεγάλη ομάδα αποφοίτων από τα ΤΕΙ συμμετείχε με επιτυχία, υπό την επίβλεψη Ελληνίδας ερευνήτριας, στην κατασκευή του ίδιου του επιταχυντή LHC στα συστήματα χαμηλών θερμοκρασιών (cryogenics).
Στη φάση λήψης των δεδομένων όλες οι ομάδες είναι απασχολημένες με την ανάλυση φυσικής.
Μάλιστα, Έλληνας συντόνιζε τις επίσημες ανακοινώσεις που έγιναν για την ανακάλυψη από το ερευνητικό κέντρο.
«Θα ήθελα να τονίσω την εξαιρετική σημασία της συμμετοχής της Ελλάδας στο CERN. Οι Έλληνες ερευνητές συμμετέχουν ισότιμα και ανταγωνιστικά στην υψηλού επιπέδου έρευνα που διεξάγεται εκεί.
Πολλοί φοιτητές εκπονούν τις Διδακτορικές τους Διατριβές, αρκετοί από τους οποίους αποκτούν προηγμένη γνώση και εμπειρία που αξιοποιούν σε νέες εταιρείες τεχνολογίας.
Πολλοί Μηχανικοί αποκτούν εμπειρία σε ένα εργασιακό περιβάλλον υψηλού επιπέδου. Βιομηχανίες υψηλής τεχνολογίας συμμετέχουν σε κατασκευές συσκευών και οργάνων με αποτέλεσμα την απόκτηση τεχνογνωσίας αλλά και επιστροφή πόρων στην Ελλάδα», επισημαίνει ο Ερευνητής του Δημόκριτου Θοδωρής Γεραλης.
Κατά τη διάρκεια των ερευνητικών προσπαθειών Έλληνες επιστήμονες από ινστιτούτα σε όλη την Ελλάδα ανέλαβαν σημαντικές θέσεις ευθύνης.
Μεταξύ αυτών:
– Την επίβλεψη και συντονισμό όλης της Φυσικής.
– Την ευθύνη για τη λειτουργία ανιχνευτικών διατάξεων του πειράματος.
– Τη συνολική αναβάθμιση του πειράματος.
– Την ευθύνη των πρώτων αποτελεσμάτων από το Καθιερωμένο Πρότυπο.
Η Ελλάδα είναι μεταξύ των 12 χωρών που το 1954 ίδρυσαν το CERN, το οποίο σήμερα αριθμεί 20 κράτη-μέλη, ενώ δέχεται και κάποιες χώρες – παρατηρητές (όπως η Αμερική). Η ανακάλυψη του σωματιδίου του Χιγκς είναι η πρώτη τέτοιας εμβέλειας ερευνητική εκστρατεία […].
Πηγή: ksipnistere.blogspot.gr
Σχολιαστές Χωρίς Σύνορα COMMENTATORS WITHOUT FRONTIERS Comentadores SIN FRONTERAS 
Reblogged this on ΤΟ ΠΙΤΣΙΡΙΚΙ.
Εξαιρετική δουλειά!!! Πολλά συγχαρητήρια!!!!!!!!!!!
#3 Αμφισβητήσεις τις σύγχρονης φυσικής. Χωρίς αχαλίνωτη φαντασία.
Φυσικός αντικειμενικός νόμος:
Για να ΥΠΑΡΧΕΙ ένα πράγμα, οτιδήποτε πράγμα, πρέπει να έχει ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ πχ. βάρος, μάζα, αδράνεια, όγκο, θερμότητα κλπ. αλλιώς δεν ΥΠΑΡΧΕΙ.
Αυτό που έχει ΟΤΙ ιδιότητες θέλουμε είναι ο ΧΩΡΟΣ (Ή «ΘΕΟΣ»). Είναι ο χώρος και οι ιδιότητες του. Ή πέστε μου ένα πράγμα που να ΥΠΑΡΧΕΙ και να ΜΗΝ έχει ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ.
ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. Υπάρχει αρνητική ενέργεια; -ΟΧΙ!
Δεν ΥΠΑΡΧΕΙ θετική αρνητική ενέργεια, αλλά ΜΟΝΟΝ θετική, ως αρνητική μπορούμε να λάβουμε την αδράνεια και τίποτα παραπάνω.
ΚΑΛΗ ΚΑΙ ΚΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ!!
Ότι δεν διέπετε από τους γνωστούς νόμους της φυσικής τα αμφισβητώ, μέχρι διαψεύσεως μου.
Όταν μιλάμε για ενέργεια πρέπει πρώτα να ξέρουμε τι είναι ενέργεια και πως μεταδίδετε.
Μιλάμε συνεχώς για ενέργεια και δεν δώσαμε τον ορισμό τι είναι ενέργεια;
Το ποσών τις ενεργείας ή η ίδια η ενέργεια στην πραγματικότητα προσδιορίζεται από την διεύθυνση και την σχετική ταχύτητα κινήσεως (ορμή) της ύλης στον χώρο, σχετικός με κάτι άλλο.
. (Ορμή ταχύτητα αδράνεια ίσον ενέργεια. Η ΑΔΡΑΝΕΙΑ ΕΙΝΑΙ ΜΙΑ ΙΔΙΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΥΛΗΣ )
(Μην ξεχνάτε ότι βαριά μάζα, αδράνεια, βαρύτητα, είναι συνυφασμένα, ένα πράγμα).
Τι είναι ενέργεια; Ρωτήστε τα μέντιουμ τους τσαρλατάνους φαντασιόπληκτους κλπ. που εκπέμπουν από το χέρια τους από τα πόδια τους τα μάτια τους από τα αυτιά τους την βιοενέργεια τους, και πουλάνε στα «φυτά» τους. Διώχνουν την «αρνητική» ενέργεια και τους δίνουν θετική! Μελετούν τι αύρα, και καταπίνουν τη σαύρα.
ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ.
ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ έχουμε με δύο τρόπους: ΥΛΙΚΟΣ (αδρανειακός) και ΚΥΜΑΤΙΚΟΣ (φωτόνια κβάντα δεν υπάρχουν) και με ΤΙΠΟΤΑ ΑΛΛΟ. (σελ. 31-39).
Η ενέργεια μεταδίδεται με δύο τρόπους: 1) ΜΕΣΟΥ ΤΟΥ ΧΩΡΟΥ ΚΥΜΑΤΙΚΟΣ (διαταραχή του χώρου = κυματική ακτινοβολία 3D) από τα φορτία (e-). Και 2) υλικός σωματιδιακός με την ΣΧΕΤΙΚΗ ΦΟΡΑ ΚΑΙ ΚΙΝΗΣΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΕΝΤΟΣ ΤΟΥ ΧΩΡΟΥ.
Δηλαδή η ενέργεια μεταδίδετε ΜΟΝΟΝ όταν η ύλη αλλάζει ενεργειακή στάθμη, υπόσταση, απόσταση, κατάσταση, ταχύτητα, διάταξη, διεύθυνση μέσα στον χώρο.
ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΣΑ ΣΤΟ ΣΥΜΠΑΝ.
Αποθήκευση ενεργείας έχουμε: 1)Με την σχετική κίνηση που εμφανίζεται με την αδράνεια και 2) με την δυναμική ενέργεια εντός των αλλοιωμένων πεδίων μαγνητικό, ηλεκτρικό, πυρηνικό και βαρύτητας (ενέργεια διατάξεως) δηλαδή με την αλλοίωση των στατικών πεδίων
(ελαστικότητα), και με την τροποποίηση τις κατανομής των χαρακτηριστικών των πεδίων.
Τελικός ενέργεια είναι η σχετική φορά και κίνηση της ύλης εντός του χώρου, ή η διαταραχή του χώρου από την κινητική κατάσταση της ύλης των ηλεκτρονίων (διαταραχή του χώρου 3D από τα φορτία των e-).
ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ, ΤΩΝ ΑΡΝΗΤΙΚΩΝ
Υπάρχει αρνητική ενέργεια; -ΟΧΙ! Αρνητική ενέργεια είναι να ανάβεις την λάμπα και να σκοτεινιάζει το δωμάτιο, ή να βάζεις το σίδερο να σιδερώσεις και να πιάνει παγάκια, ή να ξεκινάς σήμερα κα να φτάνεις χθες, ή από το παρόν να πηγαίνεις στο παρελθόν, ή από την κόλαση να πας στον παράδεισο, ή ΝΑ ΣΕ ΑΓΑΠΗΣΕΙ Ο «ΘΕΟΣ», και να σε πάρει κοντά του στον παράδεισο της ΥΠΑΡΚΤΗΣ ανυπαρξίας.
Υπάρχει Χωρόχρονος -ΟΧΙ! Δεν υπάρχει χρόνος, ΜΟΝΟΝ ΧΩΡΟΣ.
Ούτε σκοτεινή ενέργεια, ή αρνητική ενέργεια. Αντιβαρητητα. Σκουληκότρυπες πύλες που επιτρέπουν να «κόψεις δρόμο» και να βγεις στο παρελθόν. Μηχανές του χρόνου κλπ. κλπ.
Να βάλω και μια δικιά μου: Γιατί να μην υπάρχει και μια φανταστική ΑΝΤΙΑΔΡΑΝΕΙΑ, να πατάμε το κουμπί να γινόμαστε αντιαδρανειακοί, σαν πούπουλα κα να μην παθαίνουμε τίποτα σε μια σύγκρουση, να σκουντάμε μια αμαξοστοιχία με το ένα μας δάχτυλο σαν να μην συμβαίνει τίποτα, και σε συνδυασμό με την αντιβαρητητα να ταξιδεύομε στο διάστημα κλπ. κλπ. (Μην ξεχνάτε ότι μάζα αδράνεια και βαρύτητα είναι συνυφασμένα, ένα πράγμα).
BIG BANG:
1) Η μεγάλη έκρηξη BIG BANG θα έπρεπε η φυγή των αστέρων να είχαν διάταξη ακτινωτή δηλαδή από το κέντρο προς την διάμετρο σφαιρικώς σαν πυροτέχνημα, και από ότι φαίνεται δεν υπάρχει καμιά τέτοια ένδειξη.
2) Τότε πως οι πλανήτες είναι δεσμευμένοι με την αμοιβαία έλξη και την ταχύτητα περιστροφής τους και δεν έχουν ακτινωτή φυγή; Βλέπε http://users.otenet.gr/~tzinis/FHYSICS-Gr.htm Μαύρες Τρύπες;
3) Γιατί οι πλανήτες κινούνται σε ένα επίπεδο γύρο από τον ήλιο, που είναι ασυμβίβαστο και ανεξήγητο μετά από μια έκρηξη;
4) Αν απομακρυνόταν θα έπρεπε η μετατόπιση του φάσματος να τείνει προς το ερυθρό αφού η πηγές απομακρύνονται, (και προς το ιώδες όταν πλησιάζει). Παρατηρείτε τέτοια μετατόπιση;
Ο συνδυασμός λογικής και αντικειμενικότητας και οι γνώσεις μας σε όσο το δυνατόν περισσότερα πεδία φυσικής μας φέρνει ποιο κοντά στην αλήθεια και στην πραγματικότητα.
Ότι δεν ξέρω, είναι υπό αμφισβήτηση! Μέχρι να το ερευνήσω αν είναι μέσα στις δυνατότητες μου. Την φαντασία να την χρησιμοποιούμαι όταν έχουμε εξαντλήσει τα συγκεκριμένα και τους γνωστούς φυσικούς νόμους με σοβαρότητα, και με φαντασία αντικειμενική ερευνητική εφευρετική. Καλά θα κάνουμε να μην μιλάμε φανατικά για μια τέτοια πιθανότητα.
Για να μπορούμε να μιλάμε για ένα πράγμα ΑΛΗΘΙΝΟ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΙΚΟ, για ένα θέμα κλπ. πρέπει πρώτα να υπάρχει, και για να υπάρχει πρέπει πρώτα να έχει ιδιότητες, αλλιώς δεν ΥΠΑΡΧΕΙ (αυτό είναι απόλυτο).
Ένα φανταστικό πράγμα δεν έχει ιδιότητες και μπορούμε να μιλάμε ασυνάρτητα χωρίς να κάνουμε «λάθος» μέσα στην αιθαλομίχλη του εγκέφαλου μας και ας ήμαστε με διπλώματα και ντοκτορά. Ο θεός δεν έχει καμιά ιδιότητα και ας εκ τούτο δεν υπάρχει, είτε μας συμφέρει είτε όχι να χτυπηθούμε κάτω σαν χταπόδι. Το ανύπαρκτο «πνεύμα» εκφράζετε ΜΟΝΟΝ μέσον της υλικής ύλης, (και αν αμφιβάλεις γίνεσαι ρεζίλης,) αλλιώς δεν μπορεί!
Δεν είναι δυνατόν ένα πράγμα να έχει λόγους ύπαρξης προτού υπάρξει.
Όλα είναι για τους ζωντανούς αυτό είναι ΑΠΟΛΥΤΟ.
******************************************************* ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ >> http://users.otenet.gr/~tzinis/nea-fisikis.htm
ΝΕΑ ΘΕΩΡΙΑ ΤΑ ΟΜΩΝΥΜΑ:
ΤΑ ΟΜΩΝΥΜΑ της αυτής φοράς ΕΛΚΟΝΤΑΙ ΚΑΙ ΤΑ ΕΤΕΡΩΝΥΜΑ ΑΠΩΘΟΥΝΤΑΙ!! (Δυναμικά.)
Όλα τα άτομα της ύλης ενός στοιχείου είναι ίδια, άρα ομώνυμα, (εκτός αν κάποιος με διαψεύσει) τότε πως έλκονται και σχηματίζουνε τα μέταλλα; κανονικά θα ΕΠΡΕΠΕ να απωθούνται και να μην υπήρχαν μέταλλα ή πλανήτες κλπ.
Αν τα ομώνυμα απωθούνταν εμείς δεν θα υπήρχαμε, ούτε και το σύμπαν, όλα θα ήταν σε μια αέρια κατάσταση στην ανώτερη δυνατή απόσταση μεταξύ τους λόγω απωθήσεως τους. Επομένως είναι λάθος ότι τα ομώνυμα απωθούνται. Αλλά ΤΑ ΟΜΩΝΥΜΑ (της αυτής φοράς) ΕΛΚΟΝΤΑΙ ΚΑΙ ΤΑ ΕΤΕΡΩΝΥΜΑ ΑΠΩΘΟΥΝΤΑΙ!! Ο τολμών νικά 90%. -Ή την πατά 10% . Διαψεύστε μου.
Τολμήστε να προβληματιστείτε με τις ΝΕΕΣ ιδέες που παρέχω, σπάστε το φράγμα τις απαθείας τα ταμπού μην μένετε παθητικοί αποδέκτες.
ΦΡΑΓΜΟΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ.
ΜΕΤΑ τα πρωτόνια τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια μπαίνουμε στη χώρα του φανταστικού του υποθετικού του αναπόδεικτου κλπ. με τα μέχρι στιγμής δεδομένα.
Αυτό που έχει ΟΤΙ ιδιότητες θέλουμε είναι ο ΧΩΡΟΣ. Ή ΘΕΟΣ, είναι ο χώρος και οι ιδιότητες του. Πέστε μου ένα πράγμα που να ΥΠΑΡΧΕΙ και να ΜΗΝ έχει ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ.
Ο ΦΡΑΓΜΟΣ ΤΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ Ο ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΟΧΙ ΣΥΝΘΕΤΟΥ. (Τελική κατάληξη)
Στην περιοχή του μη συνθέτου λες ότι θέλεις χωρίς να θεωρείσαι φαντασιόπληκτος.
Δυστυχώς ο επεξεργαστής του ανθρώπου μπορεί να επεξεργάζεται φαινόμενα ΣΥΝΘΕΤΑ, δηλαδή φτάνει μέχρι την περιοχή του συνθέτου, όταν όμως ένα πράγμα δεν είναι σύνθετο, τότε αδυνατεί να το επεξεργαστεί (περιορισμός του όχι συνθέτου) πχ το άτομο αποτελείται από πρωτόνια νετρόνια ηλεκτρόνια «ποζιτρόνια» κλπ. το πρωτόνιο αποτελείται από ένα νετρόνιο και ένα ποζιτρόνιο, (θετικό ηλεκτρόνιο). Το νετρόνιο από ένα πρωτόνιο ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρόνιο κλπ. Όταν δεν είναι σύνθετο;
ΜΙΑ ΕΚΔΟΧΗ.
Τα e- έχουν αρνητικό φορτίο και όταν από ένα στοιχείο αφαιρεθούν μερικά e- τότε το στοιχείο εμφανίζει θετικό φορτίο, ή απλός έλλειψη αρνητικού; Δηλαδή υπάρχει (e+) = θετικό φορτίο; ή απλός εμφανίζετε σε εμάς σαν θετικό;
Όπως σε μια ζυγαριά που ισορροπεί βάζοντας ένα βάρος από την μια μεριά καταστρέφετε η ισορροπία και λέμε ότι παρουσιάζει θετικό φορτίο και όχι έλλειψη αρνητικού; (Υπάρχουν λόγοι για να αμφισβητούμαι την ύπαρξη ποζιτρονίων).
Αν υπάρχουν θετικά (e+) τότε αυτά θα έπρεπε να περιστρέφονται αντίστροφα από τα αρνητικά e-, αλλά το θέμα είναι κατά ποια ένια περιστρέφονται αντίστροφος; Δηλαδή οι δείκτες ενός ρολογιού περιστρέφονται από αριστερά προς δεξιά, αν τους κοιτάξουμε από την πίσω μεριά αυτοί περιστρέφονται αντίστροφα, και πολύ περισσότερο αν το σύστημα έχει τρις βαθμούς ελευθερίας.
Τι είναι όμως ποζητρόνιο, τι ηλεκτρόνιο, τι αντινετρόνιο κλπ. Τι είναι ηλεκτρικό φορτίο, τι είναι μαγνητισμός;
Τι είναι τέλος πάντων κάτι το οποίον δεν είναι σύνθετο; Είναι το τοίχος τις ανθρώπινης λογικής;
Η αρχή του ΜΗ ΣΥΝΘΕΤΟΥ, η επαναστατική λογική επεξεργασία και διαπιστώσεως μου.
Το λάθος του Άλμπερτ Αϊνστάιν για το C ². Την στιγμή τις κρούσης, η ενέργεια είναι (C ²). Μετά την κρούση το σύστημα αποκτά την αρχική του ενέργεια; -ΌΧΙ βέβαια, το (C ²) τι γίνατε που πάει;
ΜΕΤΑ από τα πρωτόνια τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια μπαίνουμε στη χώρα του φανταστικού του υποθετικού του αναπόδεικτου κλπ. με τα μέχρι στιγμής δεδομένα.
Όποιος δεν θέλει να ξεφτιλίζεται για την νοημοσύνη του πρέπει ή να παραδεχτείτε τα όσα λέγω ή να τα διαψεύσει, για ενδιάμεση λύση δεν άφησα πολλά περιθώρια. (Άλλα σε φταίνε και για άλλα διαμαρτυρείσαι.) (Αν τολμάς. συζήτηση μόνον επί ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΩΝ θεμάτων, ΜΟΝΟΝ σε επίπεδο αντικειμενικότητας.
ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ για ΘΕΜΑΤΑ: Ελληνικής «αφύσικης» ΦΥΣΙΚΗΣ. Διαχρονική σελίδα έξω από τα κατεστημένα. http://users.otenet.gr/~tzinis/B-3-FYSIKH-gr.htm
Με εκτίμηση ΤΖΙΝΙΣ Χ. ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Φιλόσοφος αντικειμενικής διαχρονικής λογικής. http://users.otenet.gr/~tzinis tzinis@otenet.gr =(Στη μαύρη λίστα;;;) Έτυχα μίας τιμητικής διακρίσεως εκ μέρους του Google, και με διέγραψε τον ιστότοπο http://www.tzinis.blogspot.com/ Αυτοί με διέγραψαν μια φορά εγώ 2. Υπάρχουν και αλλού πορτοκαλιές που βγάζουν μανταρίνια.