Τι προσδοκούν να εξιχνιάσει ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων

11:36 15/4/2013 - Πηγή: TechPress

Λίγες εβδομάδες έχουν περάσει από την ημέρα που ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (Large Hadron Collider, LHC) στο ερευνητικό κέντρο CERN τράβηξε ξανά πάνω του τα φώτα της δημοσιότητας.

Του Kωστα Δεληγιαννη,
Καθημερινή, 13/04/2013

Και όχι άδικα, αφού οι δύο ερευνητικές ομάδες από τα πειράματα ATLAS και CMS ανακοίνωσαν ακόμη πιο βάσιμες ενδείξεις για την ύπαρξη του μποζονίου Χιγκς

– το οποίο είχε πρωτοεντοπιστεί στον επιταχυντή τον περασμένο Ιούνιο. Το μποζόνιο Χιγκς προτάθηκε από τον Βρετανό φυσικό Πίτερ Χιγκς το 1964, για να εξηγήσει πώς αποκτούν μάζα τα υπόλοιπα σωματίδια και, κατά συνέπεια, η ορατή ύλη. «Τα νέα στοιχεία επιβεβαιώνουν κατά 99% ότι πρόκειται για το σωματίδιο που προέβλεπε η θεωρία», λέει στην «Κ» ο κ. Ευάγγελος Γαζής, καθηγητής Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων ΕΜΠ και μέλος της Εθνικής Εκπροσώπησης στο Συμβούλιο του CERN. Ετσι, φαίνεται να προστίθεται και η τελευταία ψηφίδα στο Καθιερωμένο Πρότυπο, το μοντέλο που περιγράφει πώς συμπεριφέρονται τα γνωστά υποατομικά σωματίδια και οι θεμελιώδεις δυνάμεις πλην της βαρύτητας. Αν και η συγκεκριμένη εξέλιξη έχει αναμφίβολα ιστορική σημασία, σύμφωνα με τον καθηγητή, δίνει απλώς μια πρόγευση για τα ερωτήματα που περιμένουν να απαντηθούν από τον επιταχυντή μόλις ξανατεθεί σε λειτουργία το 2015, όταν θα έχει ολοκληρωθεί η αναβάθμισή του που ξεκίνησε πριν από τον Φεβρουάριο. «Λειτουργώντας τότε σε μεγαλύτερες ενέργειες, υπόσχεται να μας βοηθήσει να εξιχνιάσουμε αρκετά ακόμη μυστήρια της φύσης», λέει χαρακτηριστικά.

Ετσι, αν το μποζόνιο Χιγκς αφορά την ορατή ύλη, που αντιπροσωπεύει μόλις το 4% του σύμπαντος, ο επιταχυντής θα εξερευνήσει και τη φύση της σκοτεινής ύλης, η οποία αντιστοιχεί στο 23%. Η «εξωτική» αυτή ύλη βαφτίστηκε σκοτεινή επειδή δεν εκπέμπει και δεν απορροφά ακτινοβολία· συνεπώς, η ύπαρξή της συνάγεται έμμεσα, από τον τρόπο με τον οποίο κινούνται οι γαλαξίες. Θεωρητικοί φυσικοί όπως ο Ελληνας ακαδημαϊκός κ. Δημήτριος Νανόπουλος έχουν διατυπώσει την υπερσυμμετρική θεωρία, η οποία διπλασιάζει τον αριθμό των στοιχειωδών σωματιδίων, υποστηρίζοντας πως για καθένα από αυτά υπάρχει ένας υπερσυμμετρικός «εταίρος». «Ενας από τους επόμενους στόχους στον LHC είναι να αναζητηθεί το ελαφρύτερο υπερσυμμετρικό σωματίδιο, το νιουτραλίνο, το οποίο -σύμφωνα με τη θεωρία- είναι το δομικό στοιχείο της σκοτεινής ύλης», σημειώνει ο κ. Γαζής. Αν ανακαλυφθεί το ελαφρύτερο υπερσυμμετρικό σωματίδιο, τότε είναι πιθανόν να ανοίξει ο δρόμος ώστε να εξηγηθεί, ως διέγερση της σκοτεινής ύλης, και η σκοτεινή ενέργεια – η οποία απαρτίζει το 73% του σύμπαντος και αποτελεί την αιτία της επιταχυνόμενης διαστολής του. Ακόμη πιο σημαντικό είναι, σύμφωνα με τον κ. Γαζή, πως τυχόν εντοπισμός του νιουτραλίνο θα επιβεβαιώσει πειραματικά την υπερσυμμετρική θεωρία, αλλάζοντας εντελώς το τοπίο της φυσικής. «Θα μας δώσει τη δυνατότητα να επεκταθούμε πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο, σε ένα μοντέλο στο οποίο θα συμπεριλαμβάνεται και η βαρύτητα, ώστε να έρθουμε πιο κοντά σε μια ενοποιημένη θεωρία για τη φύση», συμφωνεί η κ. Χριστίνα Κουρκουμέλη, καθηγήτρια Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών, η οποία μαζί με άλλους Ελληνες επιστήμονες συμμετείχε στην κατασκευή του εξοπλισμού του πειράματος ATLAS.

Τα μυστήρια όμως με τα οποία θα ασχοληθεί ο επιταχυντής δεν σταματούν εδώ, καθώς τόσο τα πειράματα ATLAS και CMS όσο -και πολύ περισσότερο- το πείραμα LHCb, το οποίο σχεδιάστηκε ακριβώς γι’ αυτόν τον σκοπό, θα μελετήσουν επίσης ποια ήταν η αιτία που… υπάρχουμε, δηλαδή για ποιο λόγο η ύλη κυριάρχησε της αντιύλης στην απαρχή της κοσμικής δημιουργίας.

Αν και με τη Μεγάλη Εκρηξη θα πρέπει να παράχθηκαν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης, έως σήμερα οι επιστήμονες δεν μπορούν να εξηγήσουν πώς προέκυψε η ασυμμετρία ύλης-αντιύλης, δημιουργώντας έτσι το σύμπαν που μας περιβάλλει. «Ελπίζουμε πως ο LHC θα μας δώσει στοιχεία που θα μας φέρουν πιο κοντά στο να δώσουμε απάντηση σε αυτό το ερώτημα», επισημαίνει ο καθηγητής του ΕΜΠ.

Παράλληλα, το πείραμα LHCb αναμένεται να ρίξει φως και σε ένα αστρονομικό μυστήριο και πιο συγκεκριμένα στην προέλευση των κοσμικών ακτίνων πολύ υψηλής ενέργειας, η οποία παραμένει άγνωστη. Εκτός όμως από τη διερεύνηση ήδη διατυπωμένων ερωτημάτων και θεωριών, υπάρχει πάντοτε το ενδεχόμενο μέσω του επιταχυντή να προκύψει κάτι εντελώς νέο και αναπάντεχο. «Μελετώντας συγκρούσεις σε ενέργειες πρωτόγνωρες για τα επιστημονικά χρονικά, δεν είναι απίθανο να βρεθούμε μπροστά σε μια αναπάντεχη ανακάλυψη, κάτι που θα ενθουσίαζε εμάς τους πειραματικούς φυσικούς», λέει η κ. Κουρκουμέλη.

Σημαντικός ο ρόλος των Ελλήνων επιστημόνων στα πειράματα στο CERN
Για να «κυνηγήσει» το μποζόνιο Χιγκς και να βοηθήσει στη διαλεύκανση πολλών ακόμη αινιγμάτων, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων αναπαράγει στο εσωτερικό του τις συνθήκες που επικρατούσαν λίγο μετά τη Μεγάλη Εκρηξη. Για τον σκοπό αυτό, στον μήκους 27 χιλιομέτρων δακτύλιό του επιταχύνονται -και συγκρούονται μεταξύ τους- δέσμες σωματιδίων που κινούνται σε ασύλληπτες ταχύτητες. «Η κατασκευή και η συντήρηση μιας τόσο εξελιγμένης εγκατάστασης αποτελεί ένα εντυπωσιακό τεχνολογικό επίτευγμα», σημειώνει ο κ. Γαζής από το ΕΜΠ. Αλλωστε, στον LHC έχουν γίνει συγκρούσεις συνολικής ενέργειας περίπου 8 TeV, με συνέπεια να είναι ήδη ο ισχυρότερος επιταχυντής στον κόσμο. Μετά την αναβάθμισή του, κατά τη διάρκεια της οποίας θα γίνουν ορισμένες απαραίτητες επιδιορθώσεις, ο επιταχυντής θα μπορεί να παράγει ενέργειες έως και 14 TeV.

Ο κ. Γαζής είναι αισιόδοξος ότι οι Ελληνες επιστήμονες θα παίξουν σημαντικό ρόλο στα πειράματα στον LHC και όταν επαναλειτουργήσει, όπως συνέβη μέχρι και σήμερα. «Φανταστείτε ότι, από τα δέκα σχήματα της δημοσίευσης από το πείραμα ATLAS για το σωματίδιο Χιγκς, τα τέσσερα προέρχονταν από ένα διδακτορικό στο Μετσόβιο, το οποίο ολοκληρώθηκε τον Σεπτέμβριο και ανακηρύχθηκε η καλύτερη διατριβή της χρονιάς», επισημαίνει ο κ. Γαζής. Παράλληλα, η συμμετοχή της χώρας μας στο CERN είναι μια ευκαιρία που αξιοποιεί στο έπακρο η ελληνική επιστημονική κοινότητα – είναι χαρακτηριστικό ότι, αν και η συνδρομή της χώρας μας αντιστοιχεί στο 1,3%, κάθε χρόνο οι υποτροφίες Ελλήνων μεταπτυχιακών φοιτητών ξεπερνούν το 10%. «Παράλληλα, η δαπάνη επιστρέφει στην Ελλάδα και ως τεχνογνωσία: για παράδειγμα, δύο εταιρείες από τη Θεσσαλονίκη και την Αλεξανδρούπολη ανέπτυξαν μία φορητή συσκευή μέτρησης της ραδιενέργειας που σήμερα ζητούν η ΝΑSΑ, η ESA και εργαστήρια από όλο τον κόσμο».