22/9/12

Τα βαθμωτά πεδία Higgs και Brans-Dicke (μέρος 2ο)

.... η συνέχεια του «Τα βαθμωτά πεδία Higgs και Brans-Dicke (μέρος 1ο)» 
Η εισαγωγή των GUTs οδήγησε το ενδιαφέρον προς τις πολύ υψηλές ενέργειες. Οι σωματιδιακοί φυσικοί θεωρούσαν ότι οι εντάσεις των τριών από τις θεμελιώδεις δυνάμεις - ηλεκτρομαγνητική, ασθενής και ισχυρή δύναμη – συνέκλιναν καθώς οι ενέργειες των σωματιδίων αυξανόντουσαν.
Οι θεωρητικοί υπέθεταν ότι άπαξ και οι ενέργειες γίνονταν αρκετά μεγάλες, τότε οι τρεις δυνάμεις θα μπορούσαν να δρουν σαν μια ενιαία και μοναδική δύναμη. Η ενεργειακή κλίμακα στην οποία θα συνέβαινε αυτή η μεγάλη ενοποίηση ήταν κυριολεκτικά αστρονομική: περίπου 1024 ηλεκτρονιοβόλτ, ή ένα τρισεκατομμύριο φορές υψηλότερη από τις μεγαλύτερες ενέργειες που είχαν πραγματοποιήσει οι φυσικοί χρησιμοποιώντας επιταχυντές σωματιδίων. Οι ενέργειες που απαιτούσαν οι GUTs ήταν αδύνατον να πραγματοποιηθούν στα επίγεια εργαστήρια, όμως κάποιοι ερευνητές υπέθεταν πως αν ολόκληρο σύμπαν ξεκίνησε με μια θερμή μεγάλη έκρηξη, τότε η μέση ενέργεια των σωματιδίων κατά την διάρκεια των πρώτων στιγμών του σύμπαντος θα ήταν εκπληκτικά υψηλή. Με τον ερχομό της ασυμπτωτικής ελευθερίας και των GUTs, oι σωματιδιακοί φυσικοί είχαν ένα προφανή λόγο ώστε να αρχίσουν την μελέτη του πρώιμου σύμπαντος: οι πρώτες στιγμές της μεγάλης έκρηξης θα τους πρόσφεραν «το εργαστήριο του φτωχού», που θα τους επέτρεπε να παρατηρήσουν αλληλεπιδράσεις υψηλότατων ενεργειών, που ήταν αδύνατον να αναδημιουργηθούν στην Γη. Πολλοί επιστήμονες, δημοσιογράφοι, φιλόσοφοι και ιστορικοί επεσήμαναν αυτήν την εξέλιξη για να εξηγήσουν την ανάδυση της σωματιδιακής κοσμολογίας.(...) Το 1979, μετά από περίπου δυο δεκαετίες κατά τις οποίες ουσιαστικά κανένας δεν ανέφερε ποτέ τα δύο αυτά πεδία (Brans-Dicke και Higgs) στην ίδια εργασία, πόσο μάλλον να τα θεωρήσει από φυσικής πλευράς όμοια, δυο αμερικανοί θεωρητικοί πρότειναν ανεξάρτητα ότι τα φBD και φΗ θα μπορούσαν να αποτελούν το ένα και το αυτό πεδίο. Σε χωριστές εργασίες, ο Anthony Zee, τότε στο πανεπιστήμιο της Πενσιλβάνια, Lee Smolin, τότε στο πανεπιστήμιο Χάρβαρντ, συγκόλλησαν τα δυο βασικά κομμάτια του φ συνδυάζοντας τις βαρυτικές εξισώσεις των Brans-Dicke με ένα δυναμικό Goldstone-Higgs που οδηγούσε σε ρήξη συμμετρίας (Παρόμοιες ιδέες είχαν προτείνει διστακτικά και άλλοι θεωρητικοί φυσικοί που εργάζονταν εκτός ΗΠΑ, αλλά προσείλκυσαν ελάχιστη προσοχή εκείνη την εποχή).(...) [caption id="attachment_15460" align="aligncenter" width="594"] Σε ξεχωριστές εργασίες που δημοσιεύθηκαν το 1979, οι Zee και Smolin συνδύασαν τις βαρυτικές εξισώσεις των Brans-Dicke με το δυναμικό Goldstone-Higgs. Το 1981 o Guth εισήγαγε ένα άλλο πεδίο που ονομάστηκε inflaton, παρόμοι με το πεδίο Higgs. Το πεδίο αυτό προκάλεσε τον πληθωρισμό - την υπερταχεία διαστολή του σύμπαντος στις πρώτες πρώτες στιγμές της ύπαρξής του[/caption] Βασιζόμενος στην εργασία του που δημοσιεύθηκε το 1979, ο Zee διατύπωνε το 1980 ότι οι καθιερωμένες κοσμολογικές θεωρίες, όπως το μοντέλο της μεγάλης έκρηξης, ήταν αδύνατον να εξηγήσουν την εκπληκτική λειότητα του παρατηρήσιμου σύμπαντος (τουλάχιστον όταν το παρατηρούμε στις μεγάλες κλίμακες). Ξεχωριστά, ο Dicke συμπέρανε ότι η μεγάλη έκρηξη αδυνατούσε επίσης να ερμηνεύσει την παρατηρούμενη επιπεδότητα του σύμπαντος, η μορφή του οποίου μπορούσε κατ’ αρχήν να διαφέρει πολύ από την ελάχιστη καμπυλότητα που παρατηρούν οι αστρονόμοι. Το 1981 ο Alan H. Guth – τότε μεταδιδακτορικός ερευνητής στο πανεπιστήμιο του Stanford – εισήγαγε την πληθωριστική κοσμολογία για να επιλύσει αυτά τα δυο προβλήματα. Στην καρδιά του μοντέλου του Guth βρίσκονταν ένα άλλο βαθμωτό πεδίο, σύμφωνα με τα πρότυπα του Higgs. Το πεδίο αυτό, που ονομάστηκε ίνφλατον (inflaton), δημιούργησε την κινητήρια δύναμη της υπερταχείας διαστολής – ή πληθωρισμού – κατά τη διάρκεια των πρώτων στιγμών του σύμπαντος.(...) Από τότε, έγινε συνήθης πρακτική για τους σωματιδιακούς κοσμολόγους να συνδυάζουν τα πεδία Brans-Dicke, Higgs και ίνφλατον, προσαρμόζοντας ελεύθερα τις εξισώσεις ώστε να εξηγήσουν μια ποικιλία φαινομένων.(...) ΠΗΓΗ: David Kaiser, “When fields collide” Scientific American (June 2007): 62-69 http://web.mit.edu/dikaiser/www/Kaiser.FieldsCollide.pdf

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...