2/7/12

H-Day: Περιμένοντας το…μποζόνιο Χίγκς

(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

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...