Τέσσερις «εξωτικές» θεωρίες για τις ενδείξεις νέου σωματιδίου στο CERN
Μπορεί ακόμη να μην έχουν επιβεβαιωθεί τελεσίδικα οι ενδείξεις για την ύπαρξη ενός καινούριου σωματιδίου, οι οποίες ανακοινώθηκαν από τους ερευνητές του CERN στα τέλη της περασμένης χρονιάς, ωστόσο εκατοντάδες θεωρητικοί φυσικοί από όλο τον κόσμο έχουν ήδη προτείνει αρκετές θεωρίες που θα μπορούσαν να εξηγήσουν μία τέτοια ανακάλυψη.
Μπορεί ακόμη να μην έχουν επιβεβαιωθεί τελεσίδικα οι ενδείξεις για την ύπαρξη ενός καινούριου σωματιδίου, οι οποίες ανακοινώθηκαν από τους ερευνητές του CERN στα τέλη της περασμένης χρονιάς, ωστόσο εκατοντάδες θεωρητικοί φυσικοί από όλο τον κόσμο έχουν ήδη προτείνει αρκετές θεωρίες που θα μπορούσαν να εξηγήσουν μία τέτοια ανακάλυψη.
Μέσα στους τέσσερις μήνες που έχουν μεσολαβήσει από την αποκάλυψη για πιθανά ίχνη ενός νέου «συστατικού» της ύλης, που προέκυψαν στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), έχουν γραφτεί πάνω από 300 επιστημονικά άρθρα με διάφορες εκδοχές για τη φύση του.
Ο ενθουσιασμός των θεωρητικών φυσικών οφείλεται στο γεγονός ότι αυτή η μυστηριώδης ανωμαλία στις συγκρούσεις στον επιταχυντή ενδέχεται να παραπέμπει σε μία θεωρία που να ξεπερνά το Καθιερωμένο Πρότυπο, δηλαδή το καθιερωμένο μοντέλο της φυσικής που περιγράφει όλα τα γνωστά στοιχειώδη σωμάτια και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις, εκτός από τη βαρύτητα. Επομένως, αν όντως επαληθευτεί, τότε είναι πιθανό να ανοίγει τον δρόμο για μία ακόμη πληρέστερη περιγραφή των «συστατικών» της ύλης και των θεμελιωδών δυνάμεων.
Πού θα μπορούσε όμως να οδηγεί αυτός ο δρόμος; Για να δώσει μία ένδειξη της «νέας φυσικής» που ενδεχομένως προκύψει από τη συγκεκριμένη ανακάλυψη, το περιοδικό Physical Review Letters (PRL) δημοσίευσε ενδεικτικά τέσσερα άρθρα τα οποία έχουν υποβληθεί για δημοσίευση και δίνουν μερικές από τις πιο «τολμηρές» εξηγήσεις.
Τα περισσότερα σενάρια αποδίδουν τα ίχνη σε ένα άγνωστο έως σήμερα σωματίδιο, το οποίο διασπάται σε δύο φωτόνια. Ο εντοπισμός ενός τέτοιου σωματιδίου θα ήταν πολύ πιο συναρπαστικός από την ανακάλυψη του «σωματιδίου του Θεού», λέει στο περιοδικό Nature o Κρίστοφερ Πέτερσον, θεωρητικός φυσικός από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Chalmers στη Σουηδία.
Ο λόγος είναι πως, με βάση το άρθρο του PRL, ο Πέτερσον και συνάδελφοί του από την Ελβετία προτείνουν μία εξήγηση που παραπέμπει στην υπερσυμμετρία, μία θεωρία που σε κάθε σωματίδιο του Καθιερωμένου Προτύπου αντιστοιχεί έναν υπερσυμμετρικό «εταίρο» και η οποία υπόσχεται να δώσει απαντήσεις σε μυστήρια της φυσικής, όπως η φύση τους σκοτεινής ύλης.
Στον αντίποδα, φυσικοί από το πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ υποστηρίζουν πως το επαναστατικό στοιχείο που θα φέρει στο φως το νέο σωματίδιο αφορά τη σύστασή του. Κι αυτό γιατί, όπως περιγράφουν στη μελέτη τους, το σωματίδιο αποτελεί από δύο «εξωτικά» κουάρκ – δηλαδή δύο «δομικούς λίθους» της ύλης που δεν περιλαμβάνονται στο Καθιερωμένο Πρότυπο.
Από την άλλη μεριά, ερευνητές από το πανεπιστήμιο του Πεκίνου ισχυρίζονται πως οι μετρήσεις σχετίζονται με το «σωματίδιο του Θεού», δηλαδή το μποζόνιο Χιγκς που, όπως επιβεβαιώθηκε πειραματικά στο CERN, προσδίδει μάζα στα υπόλοιπα σωματίδια. Έτσι, αναφέρουν πως η «ανωμαλία» στις μετρήσεις οφείλεται σε ένα σωματίδιο παρόμοιο με το μποζόνιο Χιγκς, το οποίο όμως έχει εξαπλάσια μάζα.
Ίσως η πιο «εξωτική» εξήγηση περιγράφεται στο τέταρτο άρθρο που δημοσίευσε το Physical Review Letters (PRL), αφού σε αυτήν αναφέρεται πως οι μετρήσεις δεν προέρχονται άμεσα από το μυστηριώδες σωματίδιο. Αντίθετα, οφείλονται στη διάσπαση ενός «θραύσματος» από τη διάσπασή του, αφού το σωματίδιο έχει ακόμη μεγαλύτερη μάζα και επομένως θα χρειάζονταν ακόμη ισχυρότερες συγκρούσεις στον επιταχυντή για να εντοπιστεί.
16/12/2015 - 20:03ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ-ΕΠΙΣΤΗΜΗ
Ενδείξεις στο CERN για νέο «μυστηριώδες» σωματίδιο
Ίχνη ενός καινούριου μυστηριώδους σωματίου υποδεικνύουν τα αποτελέσματα που ανακοίνωσαν δύο επιστημονικές ομάδες οι οποίες εργάζονται ανεξάρτητα στον επιταχυντή LHC του CERN, αφήνοντας έτσι ανοικτό το ενδεχόμενο για μια ακόμη ιστορική ανακάλυψη από το Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών στη Γενεύη.
Ίχνη ενός καινούριου μυστηριώδους σωματίου υποδεικνύουν τα αποτελέσματα που ανακοίνωσαν δύο επιστημονικές ομάδες οι οποίες εργάζονται ανεξάρτητα στον επιταχυντή LHC του CERN, αφήνοντας έτσι ανοικτό το ενδεχόμενο για μια ακόμη ιστορική ανακάλυψη από το Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών στη Γενεύη.
Λίγες ώρες μετά την ανακοίνωση, έκαναν την εμφάνισή τους και οι πρώτες υποθέσεις για τη φύση αυτού του σωματιδίου, με κάποιες εικασίες να αναφέρονται σε μια βαρύτερη εκδοχή του μποζονίου Χιγκς, το οποίο προσδίδει μάζα στην ύλη. Μια άλλη πιθανή εξήγηση είναι πως πρόκειται για βαρυτόνιο (ή αλλιώς γκραβιτόνιο), ένα υποθετικό στοιχειώδες σωμάτιο το οποίο είναι φορέας της βαρυτικής αλληλεπίδρασης.
Την ίδια στιγμή, ωστόσο, δεν μπορεί να αποκλεισθεί το ενδεχόμενο τα αποτελέσματα να παραπέμπουν σε μία θεωρία για τη φύση που να ξεπερνά το Καθιερωμένο Πρότυπο, δηλαδή το καθιερωμένο μοντέλο της φυσικής, το οποίο περιγράφει όλα τα γνωστά στοιχειώδη σωμάτια και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις, εκτός από τη βαρύτητα.
Πάντως, παρά όλες αυτές τις συναρπαστικές εκδοχές, φυσικοί εντός και εκτός CERN προειδοποιούν πως είναι πολύ νωρίς για να βγουν ασφαλή συμπεράσματα. Και υπενθυμίζουν πως, στην ιστορία της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων, μόνο σπάνια δεν είναι τα ευρήματα που καταρρίφθηκαν στη συνέχεια, όταν προέκυψαν ακόμη περισσότερα δεδομένα.
«Δεν νομίζω πως κανείς πιστεύει ότι τα αποτελέσματα είναι τελεσίδικα», σημειώνει χαρακτηριστικά στους New York Times η Κάιλ Κράμερ, φυσικός από το πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης η οποία εργάζεται σε ένα από τα πειράματα του LHC. «Αν ωστόσο ευσταθούν, θα πρόκειται για τεράστιας σημασίας ανακάλυψη».
Εντούτοις, αν και δεν μπορεί να αποκλεισθεί προς το παρόν η πιθανότητα τα συγκεκριμένα δεδομένα να μην παραπέμπουν όντως σε κάποια νέα ανακάλυψη, είναι ιδιαίτερα αισιόδοξο πως καταγράφηκαν από δύο ανεξάρτητα πειράματα που διεξάγονται παράλληλα στον επιταχυντή, δηλαδή το Atlas και το CMS.
Εξάλλου, από δεδομένα που κατέγραψαν οι δύο ομάδες πριν από τέσσερα χρόνια στον LHC, και τα οποία ήταν παρόμοια, προέκυψε η ανακάλυψη του μποζονίου Χιγκς. Παρόλο που χρειάσθηκαν έξι μήνες για να επαληθευτεί η εγκυρότητά τους.
Αν και με την ανακάλυψη του «σωματιδίου του Θεού» επιβεβαιώθηκε και η τελευταία παράμετρος του Καθιερωμένου Προτύπου, αυτό σε καμία περίπτωση δεν σήμαινε το τέλος της φυσικής.
Ο λόγος είναι πως υπάρχουν ερωτήματα που το Καθιερωμένο Πρότυπο δεν μπορεί να απαντήσει, όπως η φύση της σκοτεινής ενέργειας και ύλης, αλλά και η ασυμμετρία ύλης και αντιύλης στο σύμπαν.
Μερικά από αυτά τα ερωτήματα εκτιμάται πως ενδεχομένως απαντηθούν από τη δεύτερη φάση λειτουργίας που διανύει ο LHC, αναβαθμισμένος ώστε να μπορεί να προκαλέσει ακόμη πιο ισχυρές συγκρούσεις δεσμών από πρωτόνια.
Κι αυτό γιατί, σύμφωνα με την ισοδυναμία μάζας-ενέργειας που ανακάλυψε ο Άμπερτ Αϊνστάιν, όσο ισχυρότερες είναι οι συγκρούσεις, τόσο βαρύτερα σωματίδια μπορεί να παραχθούν.
Η δεύτερη φάση λειτουργίας ξεκίνησε τον Ιούνιο, με τον επιταχυντή να μπορεί πλέον να παράγει διπλάσια ισχύ. Έπρεπε όμως να φθάσουμε στην παρούσα ανακοίνωση των δύο ομάδων, για να προκύψει κάποια αρκετά ενδιαφέρουσα υποψία ανακάλυψης από τον LHC.
Ο λόγος που υπάρχουν πολλές πιθανές εξηγήσεις για τα δεδομένα των δύο ομάδων είναι πως κανένα υπάρχον μοντέλο δεν τα προέβλεπε.
«Όσο πιο αναπάντεχες οι ενδείξεις, τόσο το καλύτερο», σημειώνει στους New York Times ο Τζόε Λίκεν, διευθυντής έρευνας στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή Φέρμι και μέλος μίας από τις ομάδες του CERN. «Θα μας δώσουν πολλή τροφή για σκέψη».
Σύμφωνα με τον Λίκεν, οι επιστήμονες θα γνωρίζουν μέχρι το καλοκαίρι αν πρόκειται όντως για κάποιο νέο σωματίδιο.
Μέχρι τότε, θα έχει συγκεντρωθεί δεκαπλάσιος όγκος δεδομένων από αυτά που αξιοποίησαν οι επιστήμονες του Atlas και του CMS για την παρούσα ανακοίνωσή τους.
30/11/2015 - 13:38ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ-ΕΠΙΣΤΗΜΗ
CERN: Ελπίδες για νέες ανακαλύψεις από το «σωματίδιο του Θεού»
Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) στο CERN έχει γράψει ήδη ιστορία, επιβεβαιώνοντας την ύπαρξη του «σωματιδίου του Θεού» μισό αιώνα μετά τη θεωρητική πρόβλεψη του σωματιδίου. Ωστόσο, το επιστημονικό επιτελείο στο Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών ελπίζει πως το σωματίδιο θα συμβάλει σε ακόμη περισσότερες ανακαλύψεις για τη φυσική και τη δομή της ύλης.
Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) στο CERN έχει γράψει ήδη ιστορία, επιβεβαιώνοντας την ύπαρξη του «σωματιδίου του Θεού» μισό αιώνα μετά τη θεωρητική πρόβλεψη του σωματιδίου. Ωστόσο, το επιστημονικό επιτελείο στο Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών ελπίζει πως το σωματίδιο θα συμβάλει σε ακόμη περισσότερες ανακαλύψεις για τη φυσική και τη δομή της ύλης.
Με τον εντοπισμό του μποζονίου Χιγκς, ουσιαστικά επαληθεύτηκε ο τελευταίος «κρίκος» του Καθιερωμένου Προτύπου, δηλαδή του μοντέλου που περιγράφει το σύνολο των γνωστών σωματιδίων και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις, εκτός της βαρύτητας. Με δεδομένο όμως πως το συγκεκριμένο μποζόνιο προσδίδει μάζα στα υπόλοιπα σωματίδια, αρκετές θεωρίες υποθέτουν πως βρίσκεται επίσης πίσω από άλλα φυσικά φαινόμενα, που δεν έχουν εξηγηθεί έως τώρα.
Μία τέτοια θεωρία συνδέει το «σωματίδιο του Θεού» με τη σκοτεινή ύλη, η οποία έχει άγνωστη φύση και αντιστοιχεί στο 27% της ύλης-ενέργειας του σύμπαντος. Έτσι, ορισμένοι επιστήμονες υποθέτουν πως το μποζόνιο Χιγκς μετατρέπεται σε σκοτεινή ύλη ή παίζει κάποιο ρόλο στη συμπεριφορά αυτού του «εξωτικού» υλικού.
Οι ανιχνευτές του LHC παρακολουθούν τις συγκρούσεις στον επιταχυντή, μετρώντας τις ενέργειες των σωματιδίων που παράγονται. Αν φαίνεται πως λείπει ένα ποσοστό της ενέργειας από αυτά τα προϊόντα, τότε αυτό θα μπορούσε να αποτελεί ένδειξη εμφάνισης σκοτεινής ύλης.
Το «σωματίδιο του Θεού» ενδεχομένως είναι επίσης το κλειδί για να εξηγηθεί η ασυμμετρία της ύλης με την αντιύλη, χάρις στην οποία δημιουργήθηκε το σύμπαν όπως το γνωρίζουμε, όπου η αντιύλη σπανίζει. Γι’ αυτό τον σκοπό, το επιτελείο του CERN σχεδιάζει να μελετήσει τη «συνάντηση» δύο μποζονίων Χιγκς μέσα στον επιταχυντή.
Επιπλέον, ορισμένοι φυσικοί θεωρούν πιθανό πως θα βρεθούν ακόμη περισσότερα μποζόνια Χιγκς. Σύμφωνα με μία θεωρία, εξάλλου, αντί για ένας τύπος «σωματιδίου του Θεού», υπάρχουν πέντε. Ο λόγος που δεν έχουν εντοπισθεί μέχρι σήμερα από τον LHC είναι γιατί έχουν μεγαλύτερη μάζα από το όριο των ενεργειών που μπορούσε να φτάσει ο επιταχυντής στην πρώτη φάση του.
Εκτός από τις παραπάνω θεωρίες, υπάρχει και το ενδεχόμενο από τη μελέτη του «σωματιδίου του Θεού» να προκύψουν απροσδόκητα αποτελέσματα. Η μάζα του μποζονίου μετρήθηκε να είναι ύποπτα συμβατή με έναν μεγάλο αριθμό αλληλεπιδράσεων άλλων σωματιδίων. Αν αυτό δεν είναι σύμπτωση, τότε μπορεί να οδηγήσει σε μία υποκείμενη αρχή που είναι άγνωστη προς στιγμήν στους φυσικούς.
27/11/2015 - 17:34ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ-ΕΠΙΣΤΗΜΗ
Το κινεζικό «αντίπαλον δέος» του LHC του CERN
Τον ισχυρότερο επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο σχεδιάζουν να κατασκευάσουν Κινέζοι επιστήμονες: Όπως αναφέρεται σε δημοσίευμα της China Daily, η πρώτη φάση της κατασκευής του αναμένεται να αρχίσει μεταξύ του 2020 και του 2025, καθώς έχει ολοκληρωθεί η αρχική, conceptual σχεδιαστική φάση.
Σύμφωνα με την China Daily, θα πρόκειται για τον μεγαλύτερο επιταχυντή σωματιδίων στον πλανήτη, ανώτερο ακόμα και του διάστημου LHC (Large Hadron Collider) του CERN.
Ο τελικός conceptual σχεδιασμός αναμένεται να έχει ολοκληρωθεί κατά τα τέλη του 2016, δήλωσε σχετικά ο Γουάνγκ Γιφάνγκ, διευθυντής του Ινστιτούτου Φυσικής Υψηλής Ενέργειας, της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών.
Το Ινστιτούτο λειτουργεί σειρά από προγράμματα φυσικής υψηλής ενέργειας στην Κίνα - και ο σχεδιαζόμενος επιταχυντής θα έχει επτά φορές το ενεργειακό επίπεδο του LHC στην Ευρώπη.
Ο LHC, μήκους 27 χλμ, έχει οδηγήσει στον εντοπισμό εκατοντάδων μποζονίων- ενώ ο κινεζικός (CEPC- Circular Electron Positron Collider), 50-100χλμ, αναμένεται να παράγει πολύ περισσότερα, επιτρέποντας πολύ πιο ενδελεχή μελέτη και κατανόηση.
Ωστόσο, πρόκειται μόνο για το πρώτο βήμα, καθώς θα ακολουθήσει σε δεύτερη φάση το SPPC (Super Proton-Protoc Collider), που θα αποτελεί μία πλήρως αναβαθμισμένη έκδοση του LHC. H δεύτερη αυτή φάση αναμένεται να λάβει χώρα το 2040.
Τον μεγαλύτερο επιταχυντή στον κόσμο θα ξεκινήσει να κατασκευάζει η Κίνα από το 2020, χάρις στον οποίο μεταξύ άλλων οι επιστήμονες θα καταφέρουν να κατανοήσουν καλύτερα τις ιδιότητες του μποζονίου Χιγκς, δηλαδή του σωματιδίου που προσδίδει μάζα στην ύλη.
Τον μεγαλύτερο επιταχυντή στον κόσμο θα ξεκινήσει να κατασκευάζει η Κίνα από το 2020, χάρις στον οποίο μεταξύ άλλων οι επιστήμονες θα καταφέρουν να κατανοήσουν καλύτερα τις ιδιότητες του μποζονίου Χιγκς, δηλαδή του σωματιδίου που προσδίδει μάζα στην ύλη.
Αυτό αναφέρει σε δημοσίευμά της η China Daily, η επίσημη κινεζική κρατική εφημερίδα, προσθέτοντας πως το μηχάνημα θα έχει διπλάσιες διαστάσεις από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN στη Γενεύη, όπου ανακαλύφθηκε το μποζόνιο Χιγκς.
Τα σχέδια του επιταχυντή αναμένεται να ολοκληρωθούν μέχρι το τέλος του 2016, όπως ανέφερε στην εφημερίδα ο Ουάνγκ Γιφάνγκ, διευθυντής του Ινστιτούτου Φυσικής Υψηλών Ενεργειών στην Κινεζική Ακαδημία Επιστημών.
Η διάταξη θα παράγει εκατομμύρια μποζόνια Χιγκς, υπερπολλαπλάσια δηλαδή από τα σωματίδια που «γεννιούνται» στον LHC. Άλλωστε, θα έχει επταπλάσια ισχύ από τον LHC, ώστε να προκαλεί τη σύγκρουση δεσμών σωματιδίων σε πρωτόγνωρα υψηλές ενέργειες.
«Ο LHC φθάνει στα όρια των επιπέδων ενέργειας που μπορεί να πετύχει», σημειώνει ο επιστήμονας στην εφημερίδα. «Δεν φαίνεται δυνατόν να αυξηθεί η απόδοση της υπάρχουσας διάταξης».
Το CERN πάντως έχει σκοπό να αναβαθμίσει τον LHC, ώστε το 2025 να δεκαπλασιάσει τη «φωτεινότητά» του, δηλαδή τον ρυθμό των συγκρούσεων. «Στον LHC ήδη οι συγκρούσεις γίνονται σε πιο υψηλά από ποτέ επίπεδα ενέργειας», αναφέρει σε δήλωσή του ο Ρολφ Χόιερ, διευθυντής του Κέντρου.
Περισσότεροι από 230 επιστήμονες και μηχανικοί από όλο τον κόσμο συναντήθηκαν αυτή την εβδομάδα στο CERN, για να συζητήσουν την αναβάθμισή του. Οι σχετικές εργασίες θα έχουν ολοκληρωθεί το 2025, όπως σημειώνει ο οργανισμός στο σάιτ του.
Σύμφωνα με το Κέντρο στη Γενεύη, χάρις στην αναβάθμιση ο επιταχυντής θα παράγει 15 εκατομμύρια μποζόνια Χιγκς κάθε χρόνο. Ένα τεράστιο νούμερο, αν σκεφθεί κανείς πως, μέσα στο 2011 και το 2012, παρήγαγε μόλις 1,2 εκατομμύρια σωματίδια.
Την ώρα που οι περισσότερες αναπτυγμένες χώρες περικόπτουν τα κονδύλια για βασική έρευνα, η οποία δηλαδή δεν έχει άμεσες πρακτικές εφαρμογές, η Κίνα δαπανά τεράστια ποσά και για βασική και για εφαρμοσμένη έρευνα. Έτσι, προσδοκά πως θα γίνει ο παγκόσμιος ηγέτης σε μία μεγάλη γκάμα επιστημονικών πεδίων, από τη βιολογία έως και την κοσμολογία.
Η ιδέα για τον επιταχυντή πήρε «σάρκα και οστά» από το 2013, έναν χρόνο μετά την ανακάλυψη του μποζονίου Χιγκς. Με βάση μία παλιότερη παρουσίαση του Ουάνγκ στη Γενεύη, ο ίδιος έχει προτείνει την εγκατάστασή του στο Γκινχουανγκντάο, ένα λιμάνι στα νότια της χώρας με ιδανική γεωλογία για να κατασκευασθεί μία τόσο μεγάλη διάταξη κάτω από το έδαφος.
«Δεν θα πρόκειται για ένα κινεζικό μηχάνημα, αλλά για ένα μηχάνημα για την παγκόσμια κοινότητα, από την παγκόσμια κοινότητα», πρόσθετε, σημειώνοντας πως πολλοί φυσικοί από όλο τον πλανήτη έχουν ήδη ταξιδέψει στην Κίνα για να βοηθήσουν στην υλοποίηση του πρότζεκτ.
14/10/2015 - 23:16ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ-ΕΠΙΣΤΗΜΗ
Πείραμα για έναν μικρότερο και φθηνότερο διάδοχο του επιταχυντή του CERN
Το «πράσινο φως» για την επόμενη φάση ενός πειράματος που αφήνει ελπίδες πως θα ανοίξει τον δρόμο για έναν μικρότερο και επομένως φθηνότερο «διάδοχο» του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), έδωσε τον περασμένο μήνα το συμβούλιο του CERN.
Το «πράσινο φως» για την επόμενη φάση ενός πειράματος που αφήνει ελπίδες πως θα ανοίξει τον δρόμο για έναν μικρότερο και επομένως φθηνότερο «διάδοχο» του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), έδωσε τον περασμένο μήνα το συμβούλιο του CERN.
Το πείραμα ονομάζεται AWAKE (Advanced Wakefield Experiment) και από την επόμενη χρονιά στα πλαίσιά του θα δοκιμασθεί μία μέθοδος για την επιτάχυνση σωματιδίων σε ακόμη μεγαλύτερες ενέργειες από ό,τι ο LHC.
Αν ολοκληρωθεί με επιτυχία, θα ανοίξει τον δρόμο για ακόμη πιο ισχυρές διατάξεις από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων, οι οποίες δεν θα έχουν υπέρογκο κόστος κατασκευής.
Παρόλο που ήδη υπάρχουν πλάνα για την «επόμενη ημέρα» μετά τον LHC, ο οποίος θα συνεχίσει να χρησιμοποιείται μέχρι τη δεκαετία του 2030, πολλοί ειδικοί φοβούνται πως η τεχνολογία στην οποία βασίζεται ο LHC και οι προτεινόμενοι «διάδοχοί» του έχει ήδη αγγίξει τα όριά της, τόσο κατασκευαστικά όσο και από την άποψη χρηματοδότησης τέτοιων πρότζεκτ.
«Όταν βλέπεις το κόστος που εκτιμάται πως θα έχουν αυτά τα μηχανήματα, όπως και τις διαστάσεις τους, συνειδητοποιείς πως χρειάζεται κάποια νέα, ριζοσπαστική λύση», λέει χαρακτηριστικά στο περιοδικό Nature ο Νικ Γουόλτερ, επιστήμονας από το εργαστήριο φυσικής υψηλών ενεργειών στο Αμβούργο της Γερμανίας.
Οι συμβατικοί επιταχυντές, όπως ο 27 χιλιομέτρων LHC, χρησιμοποιούν ηλεκτρικά πεδία για να προσδώσουν ταχύτητα σε φορτισμένα σωματίδια μέσα σε μία σήραγγα.
Το γεγονός όμως ότι η σήραγγα καλύπτεται από ένα μεταλλικό περίβλημα σημαίνει πως υπάρχει ένα όριο στην ένταση του πεδίου.
Επομένως, για να αυξηθεί ακόμη περισσότερο η ταχύτητα των σωματιδίων, και επομένως η ενέργειά τους, η μόνη λύση είναι να αυξηθεί το μήκος της σήραγγας.
Η εναλλακτική μέθοδος, που ονομάζεται επιτάχυνση µε λέιζερ και πλάσµα («wakefield acceleration»), μπορεί να ανατρέψει τα δεδομένα, όπως σημειώνει στο περιοδικό ο Άλεν Κάλντγουελ, από το γερμανικό Ινστιτούτο Φυσικής Μαξ Πλανκ και επικεφαλής του πειράματος.
Με τη συγκεκριμένη τεχνική, εκτοξεύεται μία δέσμη λέιζερ που διαπερνά τη μάζα πλάσματος που βρίσκεται μέσα στον επιταχυντή, προκαλώντας με αυτό τον τρόπο την ταλάντωση των ηλεκτρονίων και των θετικά φορτισμένων ιόντων.
Έτσι, οι περιοχές αρνητικού και θετικού φορτίου που σχηματίζονται δημιουργούν κύματα, τα οποία αναλαμβάνουν να επιταχύνουν τα σωματίδια.
Επομένως, αν τα σωματίδια βρεθούν μέσα στο μηχάνημα την κατάλληλη στιγμή, ουσιαστικά «σερφάρουν» πάνω στα κύματα, κερδίζοντας ολοένα περισσότερη ταχύτητα.
Επειδή τα ηλεκτρικά πεδία που δημιουργούνται τοπικά είναι πολύ ισχυρότερα από αυτά σε έναν συμβατικό επιταχυντή, για την ίδια διαδρομή των σωματιδίων, η επιτάχυνσή τους μπορεί να είναι έως και 1.000 φορές μεγαλύτερη.
Η επόμενη φάση του πειράματος αφορά τη δοκιμή μιας κρίσιμης παραμέτρου της ιδέας πριν από το τέλος του 2018, όταν οι επιταχυντές του CERN θα διακόψουν για μία ακόμη φορά τη λειτουργία τους, ώστε να αναβαθμισθούν.
Πιο συγκεκριμένα, θα χρησιμοποιηθούν πρωτόνια, για να διαπιστωθεί κατά πόσο μπορούν να δημιουργήσουν τα ηλεκτρικά πεδία που χρειάζονται για την επιτάχυνση σωματιδίων μέσα σε πλάσμα.
Η φάση αυτή θα θεωρηθεί πετυχημένη αν τα πεδία που δημιουργούνται έχουν τη μορφή σύντομων παλμών, όπως απαιτείται. Στην περίπτωση που η απάντηση είναι θετική, τότε θα μπορούσε να κατασκευασθεί ένα μηχάνημα με τη συγκεκριμένη τεχνολογία στο CERN, αυξάνοντας ακόμη περισσότερο την ταχύτητα πρωτονίων που έχουν επιταχυνθεί στον LHC.
Σε ένα τέτοιο ενδεχόμενο, η σήραγγα του μηχανήματος δεν θα χρειάζεται να έχει μήκος παραπάνω από λίγα χιλιόμετρα, για να επιταχύνει τα σωματίδια στην ίδια περίπου ενέργεια με τον International Linear Collider, έναν επιταχυντής που έχει προταθεί για «διάδοχος» του LHC. Χωρίς δηλαδή να έχει το «φαραωνικό» μέγεθος του International Linear Collider, ο οποίος θα φθάνει σε μήκος τα 31 χιλιόμετρα.
Παρά τις υποσχέσεις που δίνει πάντως αυτή η τεχνική, θα χρειασθούν δεκαετίες ακόμη για να μπορεί να εφαρμοσθεί, αφού θα πρέπει να μπορεί επίσης να εξασφαλίζει μεγάλες ποσότητες επιταχυνόμενων σωματιδίων. Εντούτοις, για φυσικούς όπως ο Γουόλτερ, είναι η μόνη εναλλακτική λύση που μπορεί να δώσει αποτέλεσμα.
12/10/2015 - 23:16ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ-ΕΠΙΣΤΗΜΗ
Αμοιβαία επιθυμία για Φωτάκη - Χόγιερ η παραμονή της Ελλάδα στο CΕRN
Aμοιβαία θέληση προκειμένου να επιλυθεί το οικονομικό ζήτημα και η Ελλάδα να παραμείνει μέλος του CERN εξέφρασαν ο αναπληρωτής υπουργός Έρευνας, Κώστας Φωτάκης και ο γενικός διευθυντής του κέντρου πυρηνικών ερευνών, Ρολφ Ντίτερ Χόγιερ.
Η ελληνική κυβέρνηση διαβεβαίωσε τον κ. Χόγιερ, ότι παρά τις δυσμενείς δημοσιονομικές συνθήκες, η Αθήνα θα καταβάλλει κάθε προσπάθεια ώστε να διευθετήσει τις εκκρεμείς οικονομικές υποχρεώσεις της χώρας προς το CERN, το ύψος των οποίων ανέρχεται σε 35 εκατ. ευρώ.
«Η Ελλάδα επιθυμεί την περαιτέρω συνεργασία των δύο πλευρών, εφ’ όσον εξομαλυνθεί η οικονομική κατάσταση» τόνισε ο κ. Φωτάκης.
Οι Έλληνες επιστήμονες εκφράζουν φόβους ότι η αδυναμία εκπλήρωσης των οικονομικών υποχρεώσεων θα έχει αρνητικό αντίκτυπο στη συμμετοχή της Ελλάδας ως πλήρους μέλους, με δικαίωμα ψήφου στο Cern.
Πηγές της κυβέρνησης ωστόσο, καθιστούν σαφές ότι «υπάρχει αμοιβαία διάθεση να μη συμβεί κάτι τέτοιο και το θέμα να διευθετηθεί έγκαιρα. Άλλωστε, στο παρελθόν και άλλες χώρες είχαν μεγαλύτερες οφειλές προς το CERN, τις οποίες κατέβαλαν σταδιακά, χωρίς να υπάρξει πρόβλημα με το καθεστώς τους στον Οργανισμό».
Πηγή: ΑΜΠΕ
02/09/2015 - 23:36ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ-ΕΠΙΣΤΗΜΗ
CERN: Νέα στοιχεία για το «σωματίδιο του Θεού»
Τρία χρόνια μετά την ανακάλυψη του σωματιδίου Χιγκς, γνωστού και ως «σωματίδιου του Θεού», οι φυσικοί στο CERN κατάφεραν να διαλευκάνουν ακόμη περισσότερο τις ιδιότητές του, συμπεραίνοντας πως συμπεριφέρεται όπως ακριβώς προέβλεπε η θεωρία.
Τα αποτελέσματα, τα οποία ανακοινώθηκαν από κοινού από τα πειράματα ATLAS και CMS, αφορούν την παραγωγή και τη διάσπασή του, όπως και τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρά με άλλα σωματίδια, ενώ είναι τα ακριβέστερα που έχουν προκύψει έως σήμερα.
Όλες οι μετρήσεις βρίσκονται σε συμφωνία με το Καθιερωμένο Πρότυπο, τη θεωρία που περιγράφει τους «δομικούς λίθους» της ύλης και της ακτινοβολίας, αλλά και τους τρόπους αλληλεπίδρασής τους. Έτσι, σύμφωνα με τους επιστήμονες, θα αποτελέσουν σημείο αναφοράς για την επεξεργασία νέων μετρήσεων τους επόμενους μήνες, δίνοντας τη δυνατότητα αναζήτησης άγνωστων μέχρι τώρα φαινομένων.
«Το μποζόνιο Χιγκς είναι ένα φανταστικό καινούριο εργαλείο για τον έλεγχο του Καθιερωμένου Προτύπου και τη μελέτη του μηχανισμού που προσδίδει μάζα στα στοιχειώδη σωμάτια», ανάφερε ο Ρολφ Χόιερ, διευθυντής του CERN.
Υπάρχουν αρκετοί τρόποι για την παραγωγή του μποζονίου Χιγκς, όπως επίσης και αρκετές εκδοχές διάσπασής του σε άλλα σωματίδια. Για παράδειγμα, σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο, όταν παράγεται ένα μποζόνιο Χιγκς, τότε διασπάται σχεδόν ακαριαία, με συνέπεια στο 58% των περιπτώσεων να προκύπτει ένα «χαμηλό» (bottom) κουάρκ και ένα «χαμηλό» αντικουάρκ.
Συνδυάζοντας τα αποτελέσματά τους, τα δύο πειράματα προσδιόρισαν με τη μεγαλύτερη έως σήμερα ακρίβεια τις συχνότητες των πιο συνηθισμένων διασπάσεων. Αυτές οι τιμές είναι εξαιρετικά σημαντικές, καθώς συνδέονται άμεσα με την ένταση των αλληλεπιδράσεων του μποζονίου με άλλα στοιχειώδη σωμάτια.
Επομένως, η μελέτη των διασπάσεών του είναι απαραίτητη για να κατανοηθεί πλήρως η φύση του «σωματιδίου του Θεού». Από την άλλη πλευρά, οποιαδήποτε απόκλιση από τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου θα έθετε σε αμφισβήτηση τον μηχανισμό δημιουργίας μάζας που αντιπροσωπεύει το μποζόνιο και πιθανά θα άνοιγε τον δρόμο για νέες φυσικές θεωρίες.
«Πρόκειται για ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός, τόσο για την ακρίβεια κάθε πειράματος όσο και για τον συνδυασμό των αποτελεσμάτων τους», ανέφερε ο Ντέιβ Τσάρλτον, εκπρόσωπος του ATLAS.
«Με το συγκεκριμένο αποτέλεσμα και τα νέα δεδομένα από τη λειτουργία του επιταχυντή σε υψηλότερες ενέργειες, έχουμε την ευχέρεια να εξετάσουμε το μποζόνιο Χιγκς ως προς οποιαδήποτε παράμετρο», σημείωσε ο εκπρόσωπος του CMS, Τισιάνο Καμπορέσι.
30/08/2015 - 15:45ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ-ΕΠΙΣΤΗΜΗ
Μετρήσεις του CERN δείχνουν να κλονίζουν την ερμηνεία της φυσικής για τον κόσμο
Το Καθιερωμένο Πρότυπο, δηλαδή την καλύτερα εδραιωμένη ως σήμερα φυσική θεωρία για τα «συστατικά» του κόσμου και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις, φαίνεται να αψηφά μία κατηγορία υποατομικών σωματιδίων που μελετώνται πειραματικά στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN.
Με βάση την επεξεργασία μετρήσεων από τον επιταχυντή, μία ομάδα επιστημόνων ανακάλυψε ισχυρές ενδείξεις ότι τα συγκεκριμένα σωματίδια, που ονομάζονται λεπτόνια, παραβιάζουν το Καθιερωμένο Πρότυπο. Ένα αποτέλεσμα που, αν επαληθευτεί, θα ανοίξει τον δρόμο για να προταθούν νέες φυσικά μοντέλα που θα το εξηγούν, είτε προσαρμόζοντας το Καθιερωμένο Πρότυπο είτε διατυπώνοντας εντελώς καινούριες θεωρίες.
Το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι η πιο επιτυχημένη ερμηνεία της φυσικής για ό,τι μας περιβάλλει, καθώς περιλαμβάνει τα στοιχειώδη σωματίδια που γνωρίζουμε έως σήμερα πως συγκροτούν την ύλη και την ακτινοβολία, όπως και τις τρεις από τις τέσσερις δυνάμεις. Ωστόσο, παρά τα πειράματα που μέχρι σήμερα έχουν επιβεβαιώσει την ισχύ του, είναι δεδομένο πως κάθε άλλο αποτελεί την τελεσίδικη εικόνα της επιστήμης για τη φύση.
Κι αυτό όχι μόνο γιατί δεν περιγράφει τη βαρύτητα, αλλά και επειδή δεν δίνει απαντήσεις σε σημαντικά κοσμικά και κοσμολογικά μυστήρια, όπως για παράδειγμα την ασυμμετρία της ύλης με την αντιύλη στα πρώτα στάδια «γέννησης» του σύμπαντος, χάρις στην οποία δημιουργήθηκε ο κόσμος όπως τον παρατηρούμε σήμερα. Έτσι, πειράματα όπως οι συγκρούσεις στους επιταχυντές έχουν στόχο να φέρουν στο φως νέα φαινόμενα, τα οποία πηγαίνουν πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο.
Ένα τέτοιο φαινόμενο υποστηρίζουν πως εντόπισαν επιστήμονες στον LHC, ανάμεσά τους και φυσικοί από το αμερικανικό πανεπιστήμιο του Μέριλαντ, αναλύοντας δεδομένα από τον ανιχνευτή LHCb του επιταχυντή, τα οποία προέκυψαν τις χρονιές 2011-2012, δηλαδή κατά την πρώτη φάση λειτουργίας του πειραματικής διάταξης. Τα δεδομένα αφορούν τη διάσπαση των Β μεσονίων, από την οποία παράγονται μεταξύ άλλων δύο είδη λεπτονίων: Ταυ λεπτόνια και μιόνια.
Σε αντίθεση με το τρίτο είδος λεπτονίων, τα ηλεκτρόνια, τα δύο αυτά σωμάτια είναι εξαιρετικά ασταθή, με συνέπεια να διασπώνται σε διασπώνται σε ελάχιστο χρόνο. Μάλιστα, σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο, αν γίνει η σχετική διόρθωση για τη διαφορά μάζας τους, τότε οι διασπάσεις τους γίνονται με τον ίδιο ρυθμό.
Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, στα πλαίσια του Καθιερωμένου Προτύπου, τα λεπτόνια συμπεριφέρονται με ίδιο τρόπο σε όλες τις θεμελιώδεις δυνάμεις. Ωστόσο, σύμφωνα με την ανάλυση των επιστημόνων, η οποία θα δημοσιευτεί στο περιοδικό Physical Review Letters, οι ρυθμοί διάσπασης των δύο συγκεκριμένων ειδών παρουσιάζουν μία αισθητή, αν και μικρή, διαφορά.
Αν οι υπολογισμοί τους ισχύουν, το συμπέρασμα τότε είναι ότι πιθανώς στη διαδικασία εμπλέκονται άγνωστες έως σήμερα δυνάμεις ή σωμάτια. Με δεδομένο πως η ίδια «μεταχείριση» των λεπτονίων είναι θεμελιώδες χαρακτηριστικό του Καθιερωμένου Προτύπου, «τότε θα μπορούμε να πούμε πως βρήκαμε αποδείξεις για ένα φαινόμενο πέρα από τη συγκεκριμένη θεωρία», όπως αναφέρει ο Χασάν Τζαβάχερι, καθηγητής φυσικής στο πανεπιστήμιο του Μέριλαντ.
Το αποτέλεσμα από τον ανιχνευτή LHCb συμφωνεί με τους υπολογισμούς της διάσπασης των λεπτονίων που είχαν γίνει παλιότερα με βάση δεδομένα από το πείραμα BaBar στο Κέντρο του Γραμμικού Επιταχυντή του Στάνφορντ. Παρόλο που αυτό ενισχύει την αξιοπιστία της ανακάλυψης στο CERN, οι επιστήμονες υποστηρίζουν πως θα πρέπει να γίνουν και άλλες παρόμοιες μελέτες, ώστε να επαληθευτεί πως όντως ανακάλυψαν μία παραβίαση του Καθιερωμένου Προτύπου.
Επίσης, και οι ίδιοι θα συνεχίσουν την επεξεργασία δεδομένων που θα προκύψουν από τον LHC, κατά τη διάρκεια της δεύτερης φάσης λειτουργίας του επιταχυντή.
22/07/2015 - 13:59ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ-ΕΠΙΣΤΗΜΗ
Εξερευνώντας τη «σκοτεινή πλευρά» του μποζονίου Χιγκς
Παρόλο που ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) στο CERN έγραψε ιστορία το 2012, επιβεβαιώνοντας πειραματικά ότι το μποζόνιο Χιγκς όντως υπάρχει, αυτό το επίτευγμα κάθε άλλο παρά σημαίνει πως το λεγόμενο «σωματίδιο του Θεού» δεν συνεχίζει από αρκετές απόψεις να αποτελεί ερωτηματικό για τους επιστήμονες.
Έτσι, με την έναρξη της επαναλειτουργίας του LHC τον περασμένο μήνα, μετά την αναβάθμιση η οποία σχεδόν θα διπλασιάσει την ενέργεια των συγκρούσεων στο εσωτερικό του, οι φυσικοί που συμμετέχουν στο «πείραμα του αιώνα» ελπίζουν πως ανάμεσα σε άλλα θα μπορέσουν να ανακαλύψουν πολύ περισσότερα στοιχεία για τη φύση του σωματιδίου.
Το «σωματίδιο του Θεού» αποτελούσε τον «χαμένο κρίκο» στο Καθιερωμένο Πρότυπο, δηλαδή το μοντέλο που περιγράφει τα «συστατικά» της ύλης και τους τρόπους που αυτά αλληλεπιδρούν. Με την επιβεβαίωση της ύπαρξής του, ουσιαστικά επαληθεύτηκε πειραματικά ο μηχανισμός που προσδίδει μάζα στην ύλη – και ο οποίος, μέχρι το 2012, ήταν απλώς μία θεωρητική υπόθεση.
Έτσι, όπως λέει χαρακτηριστικά στο σάιτ του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης η Ντανιέλα Μπορτολέτο, καθηγήτρια στο τμήμα φυσικής του Ιδρύματος, η ανακάλυψη του μποζονίου Χιγκς ήταν ένα γεγονός-ορόσημο για τη φυσική. Τώρα όμως, συμπληρώνει, θα πρέπει και να κατανοηθούν οι ιδιότητές του.
«Το σωματίδιο είναι πραγματικά εντυπωσιακό», σημειώνει. Για να το εξηγήσει, αναφέρει σαν παράδειγμα το σπιν του. Γνωστό στα ελληνικά και ως ιδιοστροφορμή, το σπιν είναι μία κβαντομηχανική ιδιότητα που έχουν όλα τα σωματίδια. «Το σπιν εξηγεί τη συμπεριφορά των στοιχειωδών σωματιδίων: σωματίδια που έχουν μάζα, όπως το ηλεκτρόνιο, έχουν σπιν 1/2. Επομένως, δύο ηλεκτρόνια δεν μπορούν να βρίσκονται στην ίδια κβαντική κατάσταση».
«Από την άλλη μεριά, φορείς των δυνάμεων, όπως το φωτόνιο που είναι υπεύθυνο για τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις, έχουν σπιν 1. Έτσι, με δεδομένο πως το μποζόνιο Χιγκς έχει σπιν 0, διαθέτοντας ωστόσο μάζα, δεν ανήκει σε καμία από τις δύο κατηγορίες».
Λόγω της φύσης του, το «σωματίδιο του Θεού» ενδεχομένως να δώσει τη δυνατότητα στους επιστήμονες να κατανοήσουν τον κοσμικό πληθωρισμό, δηλαδή την απότομη διαστολή που γνώρισε το σύμπαν, σχεδόν αμέσως μετά τη «γέννησή» του. «Χάρις στο Χιγκς, αποκτούν μάζα τα ηλεκτρόνια, σχηματίζονται τα άτομα, και τελικά υπάρχουμε κι εμείς οι ίδιοι. Εντούτοις, γιατί τα στοιχειώδη σωμάτια έχουν τόσο διαφορετικές μάζες;», αναρωτιέται η φυσικός.
«Τα δεδομένα από τη δεύτερη φάση λειτουργίας του επιταχυντή θα μας επιτρέψουν να μελετήσουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια τις διασπάσεις του μποζονίου Χιγκς, με τις οποίες για παράδειγμα παράγονται ζεύγη κουάρκ. Θα μας δώσουν επίσης τη δυνατότητα να αναζητήσουμε για άλλα σωματίδια με ιδιότητες παρόμοιες με αυτό, αλλά και να εξετάσουμε μήπως το μποζόνιο διασπάται σε σκοτεινή ύλη».
Μαζί με άλλους συναδέλφους της και φοιτητές από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, η Μπορτολέτο συμμετέχει στην ομάδα που χρησιμοποιεί τον ανιχνευτή ATLAS στον LHC. Πέρα από τη μελέτη του μποζονίου Χιγκς, οι πρωτόγνωρες ενέργειες που θα πετύχει στη δεύτερη φάση του ο επιταχυντής, σύμφωνα με την ερευνήτρια οδηγούν τη φυσική σε «αχαρτογράφητα νερά». «Δεν ξέρουμε τι θα βρούμε από εδώ και πέρα, κάτι που κάνει τη νέα φάση των πειραμάτων ακόμη πιο συναρπαστική».
«Ελπίζουμε πως θα μπορέσουμε να βρούμε μερικές “ρωγμές” στο Καθιερωμένο Πρότυπο, καθώς υπάρχουν αρκετοί ακόμη γρίφοι για το σύμπαν μας, που δεν μπορούμε να απαντήσουμε».
15/07/2015 - 14:58ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ-ΕΠΙΣΤΗΜΗ
Νέα κατηγορία σωματιδίων ανακαλύφθηκε στο CERN
Την ανακάλυψη μιας καινούριας κατηγορίας σωματιδίων, γνωστών ως πεντακουάρκ, ανακοίνωσαν επιστήμονες από το πείραμα LHCb, που διεξάγεται στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN στη Γενεύη. Η ερευνητική ομάδα περιγράφει τα ευρήματά της σε άρθρο το οποίο έχει ήδη επιβάλει στο περιοδικό Physical Review Letters.
«Το πεντακουάρκ δεν είναι απλώς ένα νέο σωματίδιο», ανέφερε ο Γκι Γουίλκινσον, εκπρόσωπος Τύπου του LHCb σε ανακοίνωση του CERN. «Αποτελεί έναν νέο τρόπο συνδυασμού των κουάρκ, των δομικών λιθων των πρωτονίων και των νετρονίων, ο οποίος δεν είχε παρατηρηθεί σε κανένα άλλο πείραμα εδώ και 50 χρόνια. Μελετώντας τις ιδιότητές του, θα μπορέσουμε να κατανοήσουμε καλύτερα με ποιον τρόπο συντίθεται η συμβατική ύλη, δηλαδή τα πρωτόνια και τα νετρόνια από τα οποία αποτελούμαστε όλοι».
Ορόσημο για την εικόνα που έχουν οι επιστήμονες για τη δομή της ύλης αποτελεί ρο έργο του Αμερικανού φυσικού Μάρεϊ Γκελ-Μαν, ο οποίος το 1964 πρότεινε πως τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι σύνθετα σωμάτια. Έτσι, συγκαταλέγονται στα βαρυόνια, τα οποία αποτελούνται από συνδυασμούς τριών κουάρκ, στοιχειωδών σωματιδίων που διακρίνονται μεταξύ τους από το «άρωμα» ή τη «γεύση» τους.
Με την επιβεβαίωση της θεωρίας, ο Γκελ-Μαν τιμήθηκε το 1969 με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής. Το μοντέλο του έδειχνε επίσης πως θα μπορούσαν να υπάρχουν και άλλες καταστάσεις από συνδυασμούς κουάρκ, όπως το πεντακουάρκ από τέσσερα κουάρκ και ένα αντικουάρκ. Μέχρι σήμερα, ωστόσο, δεν είχε βρεθεί κάποια πειραματική ένδειξη που να συνηγορεί με αυτό το σενάριο.
Οι ερευνητές του LHCb αναζήτησαν το πεντακουάρκ, εξετάζοντας τη διάσπαση ενός βαρυονίου, γνωστού ως Λάμδα b. «Αξιοποιώντας τον τεράστιο όγκο δεδομένων που μας παρείχε ο επιταχυντής, και την εξαιρετική ακρίβεια του ανιχνευτή μας, εξετάσαμε όλες τις εκδοχές για τα σήματα που προέκυψαν και καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι μπορούν να εξηγηθούν μόνο αν υπάρχουν όντως η κατάσταση του πεντακουάρκ», αναφέρει ο φυσικός και μέλος της ομάδας Τόμας Σκαρνίκι, από το πανεπιστήμιο Σίρακιουζ.
Παλιότερα πειράματα για την αναζήτηση αυτού του εξωτικού σωματιδίου δεν είχαν καταλήξει σε οριστικά αποτελέσματα. Η διαφορά του LHCb είναι πως κατάφερε να αναλύσει τα δεδομένα μέσα από αρκετές διαφορετικές παραμέτρους. «Είναι σαν τα προηγούμενα πειράματα να έψαχναν για “σιλουέτες” στο σκοτάδι, ενώ το LHCb έκανε την ίδια αναζήτηση με αναμμένα φώτα, και μάλιστα από όλες τις οπτικές γωνίες», σημειώνεται χαρακτηριστικά στην ανακοίνωση.
Το επόμενο βήμα είναι να μελετηθεί ο ακριβής τρόπος σύνδεσης των στοιχειωδών σωματιδίων στα πεντακουάρκ. Επίσης, οι επιστήμονες εκτιμούν πως, εξερευνώντας τη νέα κατηγορία εξωτικών σωματίων από τα δεδομένα που θα προκύψουν στη δεύτερη φάση λειτουργίας του επιταχυντή, θα μπορέσουν να κατανοήσουν καλύτερα ακόμη και συμπαντικά φαινόμενα, όπως η κατάρρευση τεράστιων άστρων.
22/06/2015 - 20:56ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ-ΕΠΙΣΤΗΜΗ
Εξοπλισμός στο CERN για τη μελέτη της ύλης αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη
Μία νέα μετρητική διάταξη με όνομα Θερμιδόμετρο Di-Jet συγκαταλέγεται στον εξοπλισμό που απέκτησε ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) στο CERN της Γενεύης, με σκοπό τη μελέτη της κατάστασης της ύλης αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Η διάταξη θα αξιοποιηθεί στα πλαίσια των συγκρούσεων ιόντων μολύβδου, οι οποίες γίνονται στο εσωτερικό του επιταχυντή και με τις οποίες δημιουργείται ένα μίγμα στοιχειωδών σωματίδιων σε ενεργειακές πυκνότητες ανάλογες με αυτές που επικρατούσαν όταν το σύμπαν είχε «ηλικία» μερικών χιλιοστών του δευτερολέπτου.
Σε αυτές τις πυκνότητες, η ύλη διασπάται στα «συστατικά» της, δημιουργώντας έτσι πλάσμα κουάρκ γλουονίων, σε θερμοκρασία 100.000 και πλέον φορές μεγαλύτερη από αυτήν που επικρατεί στο κέντρο του ήλιου. Έτσι, με την εγκατάστασή του στον ανιχνευτή ALICE του LHC, το Θερμιδόμετρο Di-Jet θα «παρακολουθήσει» το πλάσμα καθώς αυτό διαστέλλεται και ψύχεται. Με σκοπό να παράσχει καινούριες πληροφορίες για τη φύση του σύμπαντος.
Οι πυρήνες των ατόμων αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια, τα οποία με τη σειρά τους συγκροτούνται από κουάρκ που συνδέονται μεταξύ τους μέσω των γλουονίων. Με τις συγκρούσεις στον επιταχυντή αίρεται ο μηχανισμός συνοχής των κουάρκ, με συνέπεια να σχηματίζεται το «βραχύβιο» πλάσμα κουάρκ γλουονίων.
Σε αντίθεση με την προηγούμενη αντίστοιχη συσκευή, το Θερμιδόμετρο Di-Jet θα επιτρέψει στους επιστήμονες να μελετήσουν σε όλη την έκτασή του το σχηματιζόμενο πλάσμα.
Έτσι, θα τους παράσχει ένα εργαλείο για τον καλύτερο χαρακτηρισμό της ύλης που παράγεται από τις συγκρούσεις υψηλής ενέργειας και με αυτό τον τρόπο να απαντήσουν σε θεμελιώδη ερωτήματα αναφορά με τη φυσική στοιχειωδών σωματιδίων.
Με τον LHC, οι επιστήμονες μπορούν να μελετήσουν τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις της ύλης χρησιμοποιώντας, μεταξύ άλλων, έναν ανιχνευτή βαρέων ιόντων που ονομάζεται ALICE (A Large Ion Collider Experiment).
Η προσθήκη του Θερμιδόμετρου Di-Jet αυξάνει το «οπτικό πεδίο» του ανιχνευτή. Η κατασκευή της συσκευής ολοκληρώθηκε τον Σεπτέμβριο του 2014, δύο εβδομάδες νωρίτερα από τον αρχικό προγραμματισμό, ενώ η εγκατάστασή της ολοκληρώθηκε πολύ πρόσφατα.
Για την προσθήκη της διάταξης, χρειάσθηκε να επανασχεδιασθεί η στήριξη του ALICE, αλλά και να αποκτήσουν άλλη διάταξη ορισμένα υποσυστήματα του ανιχνευτή. Γι’ αυτό και, εκτός από τους επιστήμονες από το πείραμα ALICE, στην εγκατάστασή του Θερμιδόμετρου συμμετείχαν επίσης ομάδες τεχνικών από τη Γαλλία, την Κίνα και την Ιαπωνία.
14/05/2015 - 20:43ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ-ΕΠΙΣΤΗΜΗ
Σπάνια διάσπαση ανιχνεύεται για πρώτη φορά στο CERN
Η πρώτη ανίχνευση της εξαιρετικά σπάνιας διάσπασης ενός υποατομικού σωματιδίου έρχεται να προστεθεί στις ανακαλύψεις που έχουν πετύχει μέχρι σήμερα οι επιστήμονες, με τη βοήθεια του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN.
Πιο συγκεκριμένα, οι ερευνητικές ομάδες δύο πειραμάτων, του CMS και του LHCb, επιβεβαίωσαν από κοινού σε χθεσινό άρθρο τους στο περιοδικό Nature ότι για πρώτη φορά παρατήρησαν τη διάσπαση του «παράξενου» μεσονίου Β.
Το «παράξενο» μεσόνιο Β είναι ένα υποατομικό σωματίδιο, που αποτελείται από ένα παράξενο κουάρκ και ένα κάτω αντικουάρκ και διασπάται σε δύο μιόνια.
Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν επίσης τους θεωρητικούς υπολογισμούς με βάση το Καθιερωμένο Πρότυπο, τη θεωρία που περιγράφει τα συστατικά της ύλης και τις μεταξύ τους δυνάμεις εκτός της βαρύτητας, βρίσκοντας ότι το σωματίδιο διασπάται με συχνότητα 4 φορές στο δισεκατομμύριο. Μια συχνότητα που εξηγεί γιατί δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ πριν το φαινόμενο.
«Είναι εντυπωσιακό πόσο ακριβής αποδείχθηκε αυτή η θεωρητική πρόβλεψη, και ακόμη πιο εντυπωσιακό ότι η παρατήρηση έγινε πραγματικότητα», αναφέρει στο σάιτ του αμερικανικού εργαστηρίου Fermilab o Σέλντον Στόουν, καθηγητής στο πανεπιστήμιο Σίρακιουζ και μέλος της επιστημονικής ομάδας του LHCb. «Πρόκειται για έναν θρίαμβο των δύο πειραμάτων».
Τόσο το LHCb όσο και το CMS μελετούν τις ιδιότητες των σωματιδίων, αναζητώντας «ρωγμές» στο Καθιερωμένο Πρότυπο, την καλύτερη έως σήμερα περιγραφή της συμπεριφοράς της ύλης στο σύμπαν.
Ωστόσο, το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι ατελές, καθώς δεν μπορεί να εξηγήσει φαινόμενα όπως η συντριπτική υπεροχή της ύλης έναντι της αντιύλης ή η ύπαρξη της σκοτεινής ενέργειας. Οποιαδήποτε απόκλιση από τις προβλέψεις του μπορεί να είναι «σημάδι» άγνωστων μέχρι τώρα διαδικασιών στη φύση, όπως καινούριων σωματιδίων ή δυνάμεων που θα μπορούσαν να δώσουν απάντηση στα άλυτα ερωτήματα.
«Πολλές θεωρίες που έχουν προταθεί ως επεκτάσεις του Καθιερωμένου Μοντέλου προβλέπουν επίσης αύξηση τον ρυθμό διάσπασης του “παράξενου” μεσονίου Β», σημειώνει ο Τζόελ Μπάτλερ από το Fermilab.
«Επομένως, το νέο αποτέλεσμα μάς επιτρέπει να απορρίψουμε ή να περιορίσουμε σημαντικά τις παραμέτρους των περισσότερων από αυτές τις θεωρίες. Για να ευσταθεί, οποιοδήποτε θεωρητικό μοντέλο θα πρέπει να προβλέπει μια πολύ μικρή αύξηση, η οποία να μην ξεπερνά τα όρια σφάλματος των παρατηρήσεων».
Οι ερευνητές του LHC ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για τα σωματίδια που αποτελούνται από κάτω κουάρκ, επειδή μπορούν να ανιχνευθούν σχετικά εύκολα και έχουν σχετικά μεγάλο χρόνο «ζωής». «Από το 2006, ξέρουμε επίσης πως τα “παράξενα” μεσόνια Β μετασχηματίζονται στα αντίστοιχα αντιμεσόνια. Επομένως, η μελέτη τους θα μας βοηθήσει να ανακαλύψουμε τον μηχανισμό που έκανε την ύλη να επικρατήσει της αντιύλης», σημειώνει ο Στόουν.
Ο μηχανισμός αυτός παραμένει άγνωστος μέχρι τώρα, με συνέπεια να μην μπορεί να εξηγηθεί γιατί το σύμπαν αποτελεί στη συντριπτική του πλειονότητα από ύλη, ενώ η αντιύλη είναι εξαιρετικά σπάνια. Κι αυτό παρόλο που με τη Μεγάλη Έκρηξη παράχθηκαν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης.
Με την έναρξη των ακόμη ισχυρότερων συγκρούσεων στον επιταχυντή, ο οποίος έχει ήδη ξεκινήσει τη δεύτερη φάση λειτουργίας του, οι ερευνητές θα μετρήσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τον ρυθμό διάσπασης του «παράξενου» μεσονίου Β. Τα αποτελέσματα που ανακοίνωσαν στο Nature προήλθαν από την ανάλυση δεδομένων που ανάγονται στο 2011 και το 2012.
Οι επιστήμονες ανίχνευσαν επίσης τη διάσπαση ενός ακόμη τύπου μεσονίου Β, το οποίο αποτελείται από ένα κάτω αντικουάρκ και ένα κάτω κουάρκ και διασπάται επίσης σε δύο μιόνια.
Ωστόσο, στη συγκεκριμένη περίπτωση ο ρυθμός διάσπασης είναι μικρότερος, με συχνότητα ένα στα 10 δισεκατομμύρια, κάτι που σημαίνει πως χρειάζονται περισσότερα δεδομένα για να επαληθεύσουν την ανακάλυψή τους.
Πριν από λίγες ώρες, οι πρώτες δέσμες στοιχειωδών σωματιδίων «ταξίδεψαν» μέσα στην 27 χιλιομέτρων σήραγγα του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών (CERN) στα γαλλοελβετικά σύνορα.
Αν και οι δέσμες αυτές σηματοδοτούν την επαναλειτουργία του επιταχυντή έπειτα από 2 περίπου χρόνια τεχνικών αναβαθμίσεων, οι πρώτες συγκρούσεις στο εσωτερικό του θα γίνουν τουλάχιστον σε ένα μήνα από σήμερα.
Πριν διακοπεί η λειτουργία της το 2013, η τεράστια πειραματική διάταξη είχε ήδη προλάβει να δικαιώσει τους επιστήμονες που πρότειναν την κατασκευή της, καθώς επιβεβαίωσε για πρώτη φορά πειραματικά την ύπαρξη του μποζονίου Χιγκς, ενός στοιχειώδους σωματιδίου που προσδίδει μάζα στα υπόλοιπα «συστατικά» της ύλης.
Τώρα, οι υπεύθυνοι του LHC έχουν ακόμη πιο… εξωτικούς στόχους – όπως για παράδειγμα τη σκοτεινή ύλη, η οποία αν και αντιστοιχεί στο 84% της ύλης του σύμπαντος, παραμένει ακόμη άγνωστη η φύση της.
Για να πετύχει τέτοιους στόχους, και έτσι να βοηθήσει τους επιστήμονες να κάνουν ακόμη περισσότερα βήματα στην κατανόηση του σύμπαντος, ο επιταχυντής θα μπορεί πλέον να προκαλέσει συγκρούσεις συνολικής ενέργειας 13 TeV.
Όπως ανέφερε χαρακτηριστικά ο Αρνό Μαρσολιέ, από το γραφείο Τύπου του CERN, «Αν και δεν ξέρουμε πότε θα έχουμε απτά αποτελέσματα [από τη δεύτερη φάση λειτουργίας], το σημαντικό είναι πως τα καινούρια πειράματα θα γίνουν σε πρωτόγνωρες ενέργειες».
«Θα πρέπει να αναμένουμε για να δούμε αν προκύψει κάτι ενδιαφέρον από αυτό το νέο “παράθυρο”. Δεν γίνεται να ξέρουμε εκ των προτέρων αν θα χρειαστεί να περάσουν δύο μήνες από σήμερα ή δύο χρόνια.
Εξάλλου, χρειάστηκαν 50 χρόνια για να βρεθεί το μποζόνιο Χιγκς και μια 20ετία για να κατασκευασθεί ο επιταχυντής. Με δεδομένο πως θα παραμείνει σε λειτουργία τουλάχιστον μέχρι το 2035, μπορούμε να είμαστε υπομονετικοί».
Πριν από λίγες ημέρες, ένα βραχυκύκλωμα έκανε τους υπεύθυνους να φοβούνται πως η επαναλειτουργία του LHC μπορεί να αναβληθεί για εβδομάδες ή και για μήνες. Ωστόσο, οι τεχνικοί του CERN κατάφεραν να εντοπίσουν γρήγορα τη βλάβη και να την επιδιορθώσουν. Το χρονοδιάγραμμα προβλέπει πως οι πρώτες δέσμες σωματιδίων θα επιταχυνθούν σε σχετικά μικρές ταχύτητες, με τη διάταξη να αγγίζει το 100% της ισχύος της σε μερικές εβδομάδες.
Οι πρώτες συγκρούσεις σωματιδίων, με τις οποίες θα ξεκινήσει ουσιαστικά η δεύτερη φάση των πειραμάτων, έχουν προγραμματισθεί να αρχίσουν τον Ιούνιο.
Τότε, όπως και στην πρώτη φάση λειτουργίας του επιταχυντή, τέσσερις τεράστιοι ανιχνευτές περιμετρικά της σήραγγας της διάταξης θα αναλάβουν να καταγράψουν τα σωματίδια που θα προκύψουν από τις συγκρούσεις, και στα οποία όπως ελπίζουν οι επιστήμονες θα συμπεριλαμβάνονται θεμελιώδη «συστατικά» που δεν έχουν ανακαλυφθεί ποτέ στο παρελθόν.
Όσον αφορά το «κυνήγι» της σκοτεινής ύλης, πολλοί θεωρητικοί φυσικοί εκτιμούν πως η απάντηση για τη φύση της θα ανοίξει τον δρόμο πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο – δηλαδή το μοντέλο που πρωτοδιατυπώθηκε πριν από 50 χρόνια και το οποίο περιγράφει με επιτυχία τα στοιχειώδη σωμάτια που είναι γνωστά έως σήμερα, όπως και τις τρεις από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις.
Ένα υποψήφιο διευρυμένο μοντέλο για την «καινούρια φυσική» που ενδεχομένως ανατείλει είναι η θεωρία της υπερσυμμετρίας, σύμφωνα με την οποία για κάθε γνωστό στοιχειώδες σωματίδιο υπάρχει ένας υπερσυμμετρικός «εταίρος». Κι αυτό γιατί πολλοί επιστήμονες εκτιμούν πως το ελαφρύτερο από αυτά τα υπερσυμμετρικά σωματίδια είναι το «συστατικό» της σκοτεινή ύλης.
Ο ενθουσιασμός των ερευνητών για τη δεύτερη φάση λειτουργίας του LHC φαίνεται από τα σχόλιά τους. Ενδεικτικό παράδειγμα οι δηλώσεις που έκανε ο Βρετανός καθηγητής Ντέιβιντ Τσάρλτον, από το πανεπιστήμιο του Μπέρμγχαμ, ο οποίος είναι επικεφαλής του πειράματος Atlas στον επιταχυντή.
«Έχουμε βάλει πλώρη σε αχαρτογράφητα ύδατα. Πρόκειται πραγματικά για μια καινούρια εποχή για την επιστήμη», ανέφερε χαρακτηριστικά.
20/03/2015 - 12:01ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ-ΕΠΙΣΤΗΜΗ
Aπό το CERN «περνά» η απόδειξη για την ύπαρξη παράλληλων συμπάντων;
Παρόλο που η ιδέα των παράλληλων συμπάντων βρίσκει αρκετούς υποστηρικτές στην επιστημονική κοινότητα, αφού λύνει αρκετούς «γρίφους» της φυσικής, μέχρι σήμερα φαινόταν σχεδόν αδύνατον να υπάρξει κάποιο πείραμα που θα μπορεί να ελέγξει στην πράξη την ύπαρξή τους. Τώρα όμως, μια ομάδα θεωρητικών φυσικών υποστηρίζει πως, αν όντως υπάρχουν παράλληλα σύμπαντα, τότε θα φανερώσουν την παρουσία τους στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN, στη δεύτερη φάση της λειτουργίας του, η οποία είναι έτοιμη να ξεκινήσει.
Οι φυσικοί προέρχονται από τα πανεπιστήμια της Φλόριντα στις ΗΠΑ, της Αλεξάνδρειας στην Αίγυπτο και του Οντάριο στον Καναδά, ενώ όπως εξηγούν σε άρθρο τους στο περιοδικό Physics Letters B, το «κλειδί» είναι η ανίχνευση μικροσκοπικών μαύρων τρυπών στον επιταχυντή, σε συγκεκριμένα ενεργειακά επίπεδα. Στην περίπτωση που αυτές εντοπισθούν, αυτό θα υποδείκνυε την ύπαρξη επιπλέον διαστάσεων, η οποία με τη σειρά της θα ενίσχυε τα θεωρητικά μοντέλα στα πλαίσια της θεωρία χορδών που προβλέπουν τα παράλληλα σύμπαντα.
«Συνήθως η ιδέα των πολλαπλών συμπάντων συνδέεται με την ερμηνεία των πολλαπλών κόσμων της κβαντομηχανικής», λέει στο σάιτ Phys.org ο Μιρ Φαϊζάλ, από το πανεπιστήμιο του Οντάριο και μέλος της επιστημονικής ομάδας. «Αυτό όμως που εμείς εννοούμε είναι πραγματικά παράλληλα σύμπαντα, σε επιπλέον διαστάσεις. Με δεδομένο ότι η βαρύτητα “διαρρέει” από το σύμπαν μας στις έξτρα διαστάσεις, ο έλεγχος του μοντέλου μας συνδέεται με το κατά πόσο θα ανιχνευθούν μικροσκοπικές μαύρες τρύπες στον LHC». Αν αυτό συμβεί, στις ενέργειες που έχουν υπολογίσει οι επιστήμονες, τότε θα ξέρουν πως το μοντέλο ισχύει στην πράξη.
Στην περίπτωση που το χωροχρονικό συνεχές διαθέτει μόνο τέσσερις διαστάσεις, τότε δεν αναμένεται να ανιχνευθούν μαύρες τρύπες στον LHC, αφού η δημιουργία τους θα απαιτούσε μεγαλύτερες ενέργειες από αυτές που μπορεί να παράγει ο επιταχυντής. Όπως όμως εξηγεί ο Φαϊζάλ, στην περίπτωση που όντως υπάρχουν επιπλέον διαστάσεις, τότε η ενέργεια για την παραγωγή μικροσκοπικών μαύρων τρυπών είναι αρκετά μικρότερη, μέσα στα ενεργειακά επίπεδα που θα πετύχει ο επιταχυντής.
Βέβαια, μέχρι τώρα ο LHC φαίνεται να διαψεύδει το παραπάνω επιχείρημα, αφού το γεγονός ότι δεν εμφανίσθηκαν μαύρες τρύπες μέχρι την αναβάθμισή του υποδηλώνει πως δεν υπάρχουν επιπλέον διαστάσεις και, ως συνέπεια, τεκμήρια που να ενισχύουν το μοντέλο των παράλληλων συμπάντων. Σύμφωνα όμως με τους επιστήμονες, αυτό συνέβη γιατί οι ενέργειες στην πρώτη φάση λειτουργίας του επιταχυντή δεν έφτασαν τις απαιτούμενες τιμές.
Ο λόγος είναι πως η επικρατούσα θεωρία για τον υπολογισμό των ενεργειών εμφάνισης των μαύρων τρυπών δεν είναι απόλυτα ακριβής, επειδή δεν λαμβάνει υπόψη της τα κβαντικά φαινόμενα. Έτσι, υποστηρίζουν οι επιστήμονες, δεν θα ήταν δυνατόν να παραχθούν μαύρες τρύπες στο πρώτο στάδιο των πειραμάτων στον LHC, όπως προέβλεπε η επικρατούσα θεωρία.
Αντίθετα, σύμφωνα με το δικό τους μοντέλο, η γεωμετρία του χωρόχρονου και επομένως οι ιδιότητες της βαρύτητας μεταβάλλεται σε απειροελάχιστες διαστάσεις, τη λεγόμενη Κλίμακα Πλανκ. Μέχρι σήμερα, ο επιταχυντής έχει φτάσει σε ενέργειες 5,3 TeV, ενώ το μοντέλο προβλέπει πως οι πρώτες μαύρες τρύπες θα εμφανισθούν στα 9,5 TeV, αν υπάρχουν 6 διαστάσεις, και στα 11,9 TeV για 10 διαστάσεις. Ενέργειες που καλύπτονται και με το παραπάνω από τις «επιδόσεις» του επιταχυντή μετά την αναβάθμισή του, μέσω της οποίας οι συγκρούσεις στο εσωτερικό του θα αγγίξουν τα 14 TeV.
Όπως είναι φυσικό, στην περίπτωση που ακόμη και η δεύτερη φάση των πειραμάτων ολοκληρωθεί χωρίς κανένα «ίχνος» από μαύρες τρύπες στο εσωτερικό του επιταχυντή, οι επιστήμονες θα πρέπει να αναθεωρήσουν το μοντέλο τους. «Αν δεν ανιχνευθεί τίποτα στα ενεργειακά επίπεδα που προβλέπουμε, τότε αυτό θα σημαίνει πως είτε δεν υπάρχουν επιπλέον διαστάσεις είτε είναι μικρότερες απ’ ό,τι αναμενόταν. Μία ακόμη εναλλακτική εκδοχή είναι πως χρειάζεται να τροποποιηθούν οι παράμετροι διαφοροποίησης της βαρύτητας στην Κλίμακα Πλανκ», σημειώνει στο Phys.org o Μοχάμεντ Χαλίλ από το πανεπιστήμιο της Αλεξάνδρειας, ο οποίος συμμετείχε επίσης στην ανάπτυξη του μοντέλου.
Την τελευταία εβδομάδα του μήνα θα τεθεί και πάλι σε λειτουργία ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών (CERN) στη Γενεύη, όπως δήλωσε σήμερα σε συνέντευξη Τύπου ο απερχόμενος Διευθυντής του Κέντρου Ρολφ Ντίτερ Χόιερ.
Με τη συνέντευξη, ανακοινώθηκε και επίσημα η επικείμενη επαναλειτουργία του επιταχυντή έπειτα από την αναβάθμισή του, για την οποία χρειάστηκαν παραπάνω από δύο χρόνια.
Πλέον, στο εσωτερικό του LHC θα μπορούν να πραγματοποιηθούν συγκρούσεις σωματιδίων με συνολική ενέργεια έως 13 TeV, δηλαδή σχεδόν διπλάσια απ’ ό,τι στην πρώτη φάση πειραμάτων.
Έτσι, στη δεύτερη φάση λειτουργίας του, που θα διαρκέσει τρία χρόνια, οι φυσικοί ελπίζουν πως ο επιταχυντής θα δημιουργήσει νέες προοπτικές για την ακόμη βαθύτερη κατανόηση του σύμπαντος. «Είμαστε όλοι πολύ ενθουσιασμένοι», ανέφερε χαρακτηριστικά ο Χόιερ, προσθέτοντας πως η μήκους 27 χιλιομέτρων διάταξη θα επανενεργοποιηθεί στα τέλη Μαρτίου, αν δεν υπάρξει κάποιο απρόοπτο με τις τελικές δοκιμές που βρίσκονται σε εξέλιξη.
Στην εκδήλωση ήταν παρούσα και η Ιταλίδα φυσικός Φαμπιόλα Τζιανότι, η οποία θα διαδεχθεί τον Χόιερ στη διεύθυνση του CERN. «Αυτή η τεράστια αύξηση της ενέργειας ελπίζουμε πως θα μας επιτρέψει να απαντήσουμε σε θεμελιώδη ερωτήματα, όπως για παράδειγμα η φύση της σκοτεινής ύλης», σημείωσε από την πλευρά της.
Ο επιταχυντής έχει καταφέρει να αποτελέσει ορόσημο στην ιστορία της φυσικής ήδη από την πρώτη φάση λειτουργίας του, αποδεικνύοντας την ύπαρξη του μποζονίου Χιγκς, το οποίο προσδίδει μάζα στα στοιχειώδη σωμάτια που συγκροτούν την ορατή ύλη.
Ωστόσο, οι επιστήμονες ελπίζουν πως, χάρις στις υψηλότερες ενέργειες στον LHC, θα μπορέσουν να κατανοήσουν ακόμη πληρέστερα τις ιδιότητες του μποζονίου.
Μία από τις θεωρίες που θα δοκιμαστεί στο CERN, και η οποία είναι υποψήφια για να δώσει απαντήσεις σε θεμελιώδη ερωτήματα, ονομάζεται υπερσυμμετρία.
Η υπερσυμμετρία θα μπορούσε να καλύψει τα κενά που αφήνει το Καθιερωμένο Πρότυπο, δηλαδή το μοντέλο το οποίο περιγράφει τα έως σήμερα γνωστά στοιχειώδη σωμάτια και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις, εκτός από τη βαρύτητα.
Σύμφωνα με τη συγκεκριμένη θεωρία, για κάθε γνωστό σωματίδιο υπάρχει ένας υπερσυμμετρικός του «εταίρος». Κάτι που σημαίνει πως θα επαληθευόταν στην περίπτωση που στον LHC ανιχνευόταν κάποιο από τα σωματίδια που προβλέπει.
Έτσι, όχι μόνο θα λύνονταν «γρίφοι» που δεν εξηγούνται από το Καθιερωμένο Πρότυπο, αλλά και ενδεχομένως θα ανοίγονταν καινούριοι δρόμοι για την κατανόηση των υπόλοιπων «συστατικών» του σύμπαντος, πέρα από την ορατή ύλη.
«Το 95% του σύμπαντος αντιστοιχεί στη σκοτεινή ενέργεια και τη σκοτεινή ύλη, για τις οποίες δεν έχουμε καμία ερμηνεία», σημείωσε η Τζιανότι.
Πειραματικά δεδομένα για ένα καινούριο θεωρητικό μοντέλο, το οποίο υπόσχεται να λύσει το «αίνιγμα» της προέλευσης της σκοτεινής ύλης, θα ξεκινήσουν να συγκεντρώνουν οι επιστήμονες στο CERN, με την έναρξη της κανονικής λειτουργίας του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) από τον προσεχή Μάιο. Το μοντέλο διατυπώθηκε από τον Κρίστοφερ Πέτερσον από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας Τσάλμερς στη Σουηδία, ο οποίος μαζί με δύο συναδέλφους του υποστηρίζει ότι η σκοτεινή ύλη δημιουργείται με τη διάσπαση του μποζονίου Χιγκς.
Η ύπαρξη του μποζονίου Χιγκς επιβεβαιώθηκε το 2011 πάλι στον LHC, αποδεικνύοντας έτσι πως το σωματίδιο και το ομώνυμο πεδίο είναι όντως ο μηχανισμός με τον οποίο αποκτούν μάζα τα υπόλοιπα στοιχειώδη σωμάτια. Με την ανακάλυψη του «σωματιδίου του θεού», όπως είναι το παρατσούκλι του, ουσιαστικά προστέθηκε η τελευταία «ψηφίδα» στο Καθιερωμένο Πρότυπο, το μοντέλο που περιγράφει τα στοιχειώδη σωματίδια της ορατής ύλης και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις, εκτός από τη βαρύτητα.
Την ίδια στιγμή, όμως, το Καθιερωμένο Πρότυπο απέχει αρκετά από το να θεωρηθεί μία πλήρης περιγραφή όλων των «δομικών λίθων» του σύμπαντος. Κι αυτό γιατί δεν μπορεί να εξηγήσει την προέλευση της σκοτεινής ύλης, η οποία αν και δεν εκπέμπει ακτινοβολία, επιδρά με τη βαρύτητά της στους αστέρες και τους γαλαξίες.
Έτσι, ο Πέτερσον με τους δύο συναδέλφους του πρότειναν μια πιθανή εξήγηση, η οποία βασίζεται στη θεωρία της υπερσυμμετρίας, που διπλασιάζει τον αριθμό των στοιχειωδών σωματιδίων του Καθιερωμένου Προτύπου, αντιστοιχώντας σε κάθε σωματίδιο έναν υπερσυμμετρικό «εταίρο». Έτσι, με βάση το μοντέλο των τριών επιστημόνων, το μποζόνιο Χιγκς διασπάται παράγοντας φωτόνια και ένα άγνωστο μέχρι σήμερα σωμάτιο, το οποίο είναι το «συστατικό» της σκοτεινής ύλης.
Η υπόθεσή τους σε λίγο καιρό θα περάσει να είναι απλώς θεωρία, αφού οι ερευνητικές ομάδες των πειραμάτων Atlas και CMS στον LHC θα αρχίσουν να αναζητούν δεδομένα για τις ιδιότητες που θα πρέπει να έχει σε αυτή την περίπτωση το μποζόνιο Χιγκς. «Είναι το όνειρο κάθε επιστήμονα που ασχολείται με τη θεωρητική φυσική», λέει στο σάιτ του Τσάλμερς ο Πέτερσον. «Το μοντέλο μπορεί να δοκιμασθεί πειραματικά μόνο στον LHC».
Κατά την πρώτη φάση λειτουργίας του επιταχυντή, τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν δεν επαρκούν ούτε για να επιβεβαιώσουν ούτε για να διαψεύσουν την υπόθεση. «Πλέον είμαστε έτοιμοι να ξεκινήσουμε νέες αναλύσεις για τη δοκιμή του μοντέλου, με διαφορετικούς τρόπους και με περισσότερα δεδομένα», αναφέρει η Ζεϊνάπ Ντεμιραγκλί, η οποία εργάζεται στο πείραμα CMS.
Οι ερευνητικές ομάδες του Atlas και του CMS είχαν επαληθεύσει ανεξάρτητα την ανακάλυψη του μποζονίου Χιγκς, ενώ τα δύο πειράματα έχουν διακοπεί από το 2013, όταν σταμάτησε η λειτουργία του επιταχυντή για την αναβάθμισή του. Χάρις στα νέα συστήματα που έχουν εγκατασταθεί στον LHC, από τον επόμενο Μάιο που θα τεθεί ξανά σε λειτουργία, θα μπορούν στο εσωτερικό του να συγκρουσθούν δέσμες σωματιδίων σε ακόμη μεγαλύτερες ταχύτητες.
Με αυτό τον τρόπο, θα προκύψουν μετρήσεις από τις οποίες θα εκτιμηθεί κατά πόσο θα μπορούσε να ισχύει το μοντέλο του Πέτερσον. Ο ίδιος δηλώνει πως περιμένει όσο τίποτα αυτή τη στιγμή. «Αν βρεθεί πως ευσταθεί το μοντέλο, τότε θα αλλάξει πλήρως ο τρόπος που κατανοούμε τους “δομικούς λίθους” της φύσης», καταλήγει.
07/02/2015 - 20:06ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ-ΕΠΙΣΤΗΜΗ
«Αναζητώντας ρωγμές στο υπάρχον μοντέλο της φυσικής»
Με δεδομένη την επιτυχία του Καθιερωμένου Προτύπου, το οποίο περιγράφει με λεπτομέρεια τη συμπεριφορά των στοιχειωδών σωματιδίων που συγκροτούν την ύλη και τις τρεις από τις βασικότερες θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις στη φύση, από ποιες «ρωγμές» σε αυτό το μοντέλο θα προκύψουν οι νέες επαναστατικές ανακαλύψεις στη φυσική;
Από τους πλέον αρμόδιους για να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα είναι οι επιστήμονες που εργάζονται στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του Ευρωπαϊκού Κέντρου Πυρηνικών Ερευνών (CERN), μια από τις βασικότερες ερευνητικές διατάξεις για την επέκταση της φυσικής πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Έτσι, η Τάρα Σίαρς, καθηγήτρια φυσικής στο πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ και μέλος του πολυπληθούς επιστημονικού επιτελείου του LHC, έγραψε πρόσφατα στο σάιτ του ιδρύματος ένα άρθρο σχετικά με το παρελθόν του LHC και τη δεύτερη φάση των πειραμάτων, η οποία αναμένεται να ξεκινήσει σύντομα.
Κάνοντας αρχικά έναν απολογισμό της πρώτης φάσης των πειραμάτων, η Σίαρς αναφέρει κατ’ αρχάς πως ο επιταχυντής έδειξε για μια ακόμη φορά πόσο εντυπωσιακό είναι το ισχύον μοντέλο. Κι αυτί γιατί οι μετρήσεις των σωματιδίων που παράχθηκαν στον LCH, όπως και η συμπεριφορά τους στα πειράματα που διεξήχθησαν, επιβεβαίωσε τις προβλέψεις της θεωρίας.
Ακόμη καλύτερα, δύο ανεξάρτητα πειράματα βρήκαν το μποζόνιο Χιγκς, το μόνο σωματίδιο που προβλεπόταν από τη θεωρία και δεν είχε εντοπισθεί προηγουμένως. Επομένως, το 2013, όταν ο επιταχυντής διέκοψε τη λειτουργία του για συντήρηση και αναβάθμιση, είχε ήδη κερδίσει μια θέση στην ιστορία της επιστήμης.
Παρ’ όλα αυτά, επισημαίνει η Σίαρς, παρόλο που η θεωρία επιβεβαιώθηκε αλλεπάλληλες φορές μέσω του επιταχυντή, είναι βέβαιο πως δεν αποτελεί την τελευταία «λέξη» σε όσα χρειάζεται να γνωρίσει ο άνθρωπος για να κατανοήσει τον κόσμο που τον περιβάλλει. Χαρακτηριστικό είναι πως το Καθιερωμένο Πρότυπο δεν περιλαμβάνει καμία εξήγηση για τα πλέον κυρίαρχα και θεμελιώδη χαρακτηριστικά του σύμπαντος, όπως τη φύση της σκοτεινής ύλης και ενέργειας.
Στην πραγματικότητα, προσθέτει η επιστήμονας, υπάρχουν πολλά που σήμερα είναι άγνωστα ακόμη και για το σωματίδιο Χιγκς. Επομένως, παρόλο το μποζόνιο συμφωνεί με τις θεωρητικές προβλέψεις, είναι πιθανό η πραγματική του φύση να είναι εξωτική.
Τέτοια γνωστικά κενά κάνουν τους επιστήμονες να υποπτεύονται πως ίσως υπάρχει μια καλύτερη, πιο θεμελιώδης, και πιο διεξοδική περιγραφή του σύμπαντος, η οποία να περιλαμβάνει και να διευρύνει τις προβλέψεις που σήμερα γίνονται με το Καθιερωμένο Πρότυπο. Στην επιστημονική κοινότητα έχουν προταθεί δεκάδες ιδέες, ξεκινώντας από απλές επεκτάσεις του Καθιερωμένου Προτύπου και καταλήγοντας σε τουλάχιστον φαινομενικά παράξενες θεωρίες.
Μία από αυτές, αν οι επιστήμονες του LHC είναι τυχεροί, θα αποδειχθεί στην πράξη πως περιγράφει πολύ περισσότερα φαινόμενα από το υπάρχον μοντέλο. Για να συμβεί κάτι τέτοιο, αναφέρει η φυσικός στο άρθρο της, θα πρέπει για αυτή τη θεωρία να προκύψει μία μέτρηση που να την επιβεβαιώνει και ταυτόχρονα να διαψεύδει το Καθιερωμένο Πρότυπο. Αυτό δεν συνέβη στην πρώτη φάση λειτουργίας του LHC, κάνοντας τους επιστήμονες να αδημονούν για δεδομένα από το δεύτερο στάδιο πειραμάτων στον επιταχυντή.
Η ανυπομονησία των φυσικών προέρχεται από το γεγονός πως ο επιταχυντής έχει αναβαθμισθεί και βελτιωθεί σε τέτοιο βαθμό, που πρόκειται για σχεδόν καινούριο μηχάνημα. «Πάνω από 1 εκατομμύρια εργατοώρες έχουν δαπανηθεί για να εξακριβωθεί πως η διάταξη θα παράγει δέσμες σωματιδίων σε ενέργειες και με χαρακτηριστικά ακριβώς ίδια με αυτά που έχουν προβλεφθεί», υπογραμμίζει η επιστήμονας.
Σε αυτές τις υψηλότερες ενέργειες, επισημαίνει η Σίαρς, θα αποκαλυφθούν πτυχές του σύμπαντος που παρέμεναν άγνωστες μέχρι σήμερα, και μάλιστα με τέτοια λεπτομέρεια η οποία δεν θα μπορεί να συγκριθεί με κανένα πείραμα σε επιταχυντή στο παρελθόν.
«Για εμάς, θα είναι σαν να ανακαλύπτουμε έναν καινούριο κόσμο και να ξεκινούμε να τον εξερευνούμε χωρίς χάρτη. Δεν μπορούμε να προβλέψουμε τι είδους παράξενα “πλάσματα” θα συναντήσουμε, ωστόσο θα ψάξουμε παντού για να βρούμε όσο το δυνατόν περισσότερα. Πάντως, η αποστολή μας είναι μεγαλύτερη απ’ ό,τι των διάσημων εξερευνητών του παρελθόντος, αφού η εξερεύνηση δεν αφορά κάποια ήπειρο, αλλά ολόκληρο το σύμπαν. Πρόκειται για μία γνήσια και εντυπωσιακή επιστημονική περιπέτεια», γράφει χαρακτηριστικά.
Σε αντίθεση με το πρώτο στάδιο του LHC, όταν οι φυσικοί ήταν σε μεγάλο βαθμό βέβαιοι ότι είτε θα έβρισκαν το Καθιερωμένο Πρότυπο είτε πως το συγκεκριμένο μοντέλο θα κλονιζόταν, αν το μποζόνιο Χιγκς δεν εντοπιζόταν, τώρα δεν υπάρχει ένα καθαρό οδόγραμμα για αυτή την «επιστημονική περιπέτεια». Κι’ αυτό γιατί δεν υπάρχει κάποιο σαφώς αδύναμο σημείο στο ισχύον μοντέλο, για να ξεκινήσει η αναζήτηση από εκεί.
«Πρέπει να “ξεψαχνίσουμε” κάθε παράμετρο του Καθιερωμένου μοντέλου, για “ρωγμές” σε υψηλές ενέργειες, ώστε να αναζητήσουμε νέα, απρόβλεπτα σωματίδια τα οποία θα αποκαλυφθούν μέσα από αυτές τις ρωγμές. Είμαστε έτοιμοι και πρόθυμοι να βρούμε ό,τι άγνωστο μέχρι σήμερα “βρίσκεται εκεί έξω”. Τα ερωτήματα που μένουν αναπάντητα δεν μας αφήνουν την πολυτέλεια για κάτι διαφορετικό», καταλήγει η Σίαρς.
Τον επόμενο Μάρτιο αναμένεται να τεθεί ξανά σε λειτουργία ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) στο CERN στη Γενεύη, ξεκινώντας έτσι τη δεύτερη φάση των πειραμάτων του. Οι πρώτες συγκρούσεις στοιχειωδών σωματιδίων προγραμματίζονται να γίνουν τον Μάιο του 2015, αυξάνοντας προοδευτικά την ενέργεια των επιταχυνούμενων δεσμών ώστε να αγγίξουν τελικά διπλάσιες τιμές απ’ ό,τι στην πρώτη φάση.
Ο LHC είναι η μεγαλύτερη ανάλογη διάταξη αυτή τη στιγμή στον κόσμο, με σχήμα δακτυλίου και περίμετρο 25 χιλιόμετρα, ενώ είναι κατασκευασμένος στο υπέδαφος. Η διακοπή της λειτουργίας του έδωσε τη δυνατότητα στους τεχνικούς του CERN να κάνουν τις απαραίτητες αναβαθμίσεις, ώστε να αποκτήσει ακόμη μεγαλύτερη ισχύ. Μάλιστα, όχι μόνο έχουν ολοκληρωθεί αυτές οι αναβαθμίσεις, αλλά όλη η διάταξη έχει ήδη ψυχθεί στη θερμοκρασία που είναι προγραμματισμένη να λειτουργεί, και η οποία είναι λίγους βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν.
Ο επιταχυντής έχει ήδη γράψει ιστορία, αφού η ανάλυση των δεδομένων που έγιναν στο εσωτερικό του έδωσε τη δυνατότητα στους επιστήμονες να επιβεβαιώσουν την ύπαρξη του μποζονίου Χιγκς, που προσδίδει μάζα στα υπόλοιπα στοιχειώδη σωματίδια και το οποίο, αν και προβλεπόταν θεωρητικά εδώ και δεκαετίες, δεν είχε επαληθευτεί πειραματικά. Έτσι, μέχρι τη λειτουργία του LHC, παρέμενε ο «χαμένος κρίκος» στο Καθιερωμένο Πρότυπο, το μοντέλο που εξηγεί τη δομή της ύλης και όλες τις μορφές αλληλεπιδράσεων, πλην της βαρύτητας.
Πάντως, η ανακάλυψη του μποζονίου δεν έδωσε απάντηση σε όλα τα ερωτηματικά σχετικά με τη φύση του, αφού η ενέργεια στην οποία ανιχνεύτηκε το σωματίδιο δεν συμφωνεί με τις θεωρητικές προβλέψεις. Ένας από τους «γρίφους» που οι επιστήμονες ελπίζουν πως θα μπορέσουν να ξεδιαλύνουν με την επαναλειτουργία του επιταχυντή.
«Με τις ακόμη υψηλότερες ενέργειες, ο LHC θα ανοίξει νέους ορίζοντες για τη φυσική και για μελλοντικές ανακαλύψεις. Ανυπομονώ να δω τι ακόμη μάς επιφυλάσσει ακόμη η φύση», ανέφερε χαρακτηριστικά ο Ρολφ Χάιερ, γενικός διευθυντής του CERN, στο δελτίο Τύπου που εξέδωσε το Κέντρο ανακοινώνοντας την επικείμενη έναρξη της δεύτερης φάσης των πειραμάτων.
Παράλληλα, οι ισχυρότερες συγκρούσεις θα δώσουν την ευκαιρία να δοκιμασθούν στην πράξη θεωρίες που εξηγούν το «πρόβλημα της ιεραρχίας», δηλαδή το γεγονός ότι η βαρύτητα είναι πολύ ασθενέστερη από τις υπόλοιπες θεμελιώδεις δυνάμεις, με συνέπεια ο ρόλος της στον μικρόκοσμο να είναι αμελητέος. Εκτός από αυτές τις θεωρίες, όπως η υπερσυμμετρία ή η ύπαρξη επιπλέον διαστάσεων, ο επιταχυντής είναι πιθανόν να δώσει πληροφορίες στους κοσμολόγους και για σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια, δύο «συστατικά» που κυριολεκτικά κατακλύζουν το σύμπαν, χωρίς ωστόσο να υπάρχει ακόμη κάποια ένδειξη για τη φύση τους.
«Μετά από την τεράστια δουλειά που έγινε τα τελευταία δύο χρόνια, ο LHC έχει γίνει σχεδόν εντελώς καινούριος. Αν και η επανέναρξη της λειτουργίας του μόνο υπόθεση ρουτίνας δεν είναι, πιστεύω ακράδαντα πως θα τηρηθεί το χρονοδιάγραμμα, ώστε οι πρώτες συγκρούσεις να ξεκινήσουν τον επόμενο Μάιο», σημειώνει στην ίδια ανακοίνωση ο Φρεντερίκ Μπορντρί, διευθυντής Επιταχυντών και Τεχνολογίας στο CERN.
10/09/2014 - 10:57VIDEO
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου