Τα πρώτα γενέθλια για το μποζόνιο Χιγκς. Το σωματίδιο Χιγκς μπορεί να εξηγήσει τη σκοτεινή ύλη;

Details

Published on Saturday, 05 October 2013 21:59

Hits: 679

Τα πρώτα γενέθλια για το μποζόνιο Χιγκς

Πέμπτη, 04 Ιουλίου 2013 22:15

Πριν από ένα χρόνο, φυσικοί των πειραμάτων CMS και ATLAS του CERN, ανακοίνωναν από τη Γενεύη την ανακάλυψη ενός νέου μποζονίου, με τις ιδιότητες που θα έπρεπε να έχει το μποζόνιο Χιγκς. Η ύπαρξη του συγκεκριμένου σωματιδίου, είχε προβλεφθεί έξι δεκαετίες νωρίτερα από το Βρετανό φυσικό Πίτερ Χιγκς, και είναι κλειδί στο μηχανισμό με τον οποίο τα στοιχειώδη σωματίδια αποκτούν μάζα. Ήταν το τελευταίο από τα σωματίδια που προέβλεπε το Τυπικό Μοντέλο, και δεν είχαμε ακόμη παρατηρήσει.

Το Τυπικό Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής περιλαμβάνει τρεις δυνάμεις (ηλεκτρομαγνητισμό, ισχυρή και ασθενής πυρηνική) και 17 σωματίδια. Πρόκειται για ένα θρίαμβο της ανθρώπινης διανόησης, που ενοποιεί αυτές τις τρεις δυνάμεις σε μία γενικευμένη θεωρία, στη βάση της οποίας είναι η έννοια της συμμετρίας: κάθε ομάδα σωματιδίων χαρακτηρίζεται κι από μία συγκεκριμένη συμμετρία.

Έπειτα από τη προσεκτική ανάλυση των ιδιοτήτων του νέου σωματιδίου, οι ερευνητές του CERN επιβεβαίωσαν τον περασμένο Μάρτιο πως επρόκειτο όντως για το μποζόνιο Χιγκς. Αν και στη θεωρία του Τυπικοί Μοντέλου υπάρχει όμως μόνο ένα σωματίδιο Χιγκς, υπάρχουν πολλοί φυσικοί, μεταξύ τους οι θεωρητικοί των χορδών και οι υποστηρικτές της υπερσυμμετρίας, που πιστεύουν πως υπάρχουν τουλάχιστον πέντε τέτοια σωματίδια.

«Η προσπάθεια που κάναμε για την ανακάλυψη του νέου σωματιδίου πέρυσι, μπορεί να παρουσιαστεί με αγώνα ταχύτητας 100 μέτρων. Πλέον μπαίνουμε σε ένα μαραθώνιο ώστε να εξακριβώσουμε τις ιδιότητές του αλλά και να κάνουμε και τη διάκριση ανάμεσα στις εναλλακτικές θεωρίες» δήλωσε ο Sergio Bertolucci, διευθυντής Έρευνας και Υπολογισμού του CERN.  

Μέχρι σήμερα, η συμφωνία των ιδιοτήτων του νέου σωματιδίου που ανακαλύφθηκε πειραματικά, με τη θεωρία του Τυπικού Μοντέλου για το μποζόνιο Χιγκς, είναι παραπάνω από εντυπωσιακή. Ωστόσο είναι πολύ νωρίς ακόμη για να μπορεί να αποκλειστεί η πιθανότητα το νέο αυτό σωματίδιο να είναι μέλος μια μεγαλύτερης ομάδας μποζονίων Χιγκς. «Δεν έχουμε δει ακόμη κάτι που να μην ταιριάζει με αυτό που θα περιμέναμε από ένα μποζόνιο Χιγκς. Βλέπουμε ίσως κάποιες τάσεις στα δεδομένα που να μην ήταν ακριβώς αναμενόμενες, αλλά αυτό μπορεί να μην είναι πολύ σημαντικό», λέει ο Bill Murray, συντονιστής του πειράματος ATLAS.

Τα τελευταία δεδομένα πρόκειται να ανακοινωθούν αυτό το μήνα στο συνέδριο της Ευρωπαϊκής Φυσικής Εταιρίας στη Στοκχόλμη. Ωστόσο αν και δεν έχουν ακόμη παρατηρηθεί, κανείς δεν πιστεύει πως θα γίνει ανακοίνωση για τη μη ύπαρξη άλλων μποζονίων Χιγκς, καθώς μπορεί να είναι τόσο βαριά, που ο επιταχυντής του CERN να μη μπορεί να τα αναπαράγει. Ο επιταχυντής LHC πάντως, έχει βγει εκτός λειτουργίας εδώ και ένα μήνα, προκειμένου να αναβαθμιστεί, και να επαναλειτουργήσει σε δύο χρόνια σε ακόμη μεγαλύτερες ενέργειες.

Το σωματίδιο Χιγκς μπορεί να εξηγήσει τη σκοτεινή ύλη;

Σάββατο, 05 Οκτωβρίου 2013 00:47

Οι εμπνευστές του μποζονίου Χιγκς είναι οι επικρατέστεροι υποψήφιοι για το βραβείο Νόμπελ Φυσικής που θα ανακοινωθεί την ερχόμενη εβδομάδα, καθώς με την πειραματική εύρεση του το 2012 επιβεβαιώθηκε ο μηχανισμός που είχαν προτείνει για το πώς αποκτά μάζα η ύλη. Ωστόσο, σύμφωνα με δύο φυσικούς το συγκεκριμένο σωματίδιο μπορεί να δώσει λύση και σε άλλα μυστήρια της κοσμολογίας.

Σε μια εργασία που δημοσιεύουν στο περιοδικό  Physical Review Letters, οι Sean Tulin και Geraldine Servant από το πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν και το Ερευνητικό Ινστιτούτο της Καταλονίας αντίστοιχα, υποστηρίζουν πως το σωματίδιο Χιγκς κατείχε ένα ρόλο κλειδί στο πρώιμο Σύμπαν, όντας υπεύθυνο για την ασυμμετρία που παρατηρείται σήμερα στη φύση μεταξύ ύλης και αντιύλης.

Σύμφωνα με την όσα γνωρίζουμε μέχρι σήμερα, το γεγονός πως στο Σύμπαν φαίνεται να υπερισχύει δραματικά η ύλη έναντι της αντιύλης είναι ανεξήγητο καθώς μαθηματικά τουλάχιστον θα έπρεπε να υπάρχουν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης.

Η ύπαρξη της αντιύλης βρέθηκε θεωρητικά από το βρετανό φυσικό Paul Dirac τον προηγούμενο αιώνα, κι έκτοτε έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά από τους επιταχυντές σωματιδίων. Για κάθε σωματίδιο ύλης υπάρχει το αντίστοιχο σωματίδιο αντιύλης, με ίδια μάζα και κβαντικές ιδιότητες, αλλά αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο (στην περίπτωση που έχει φορτίο). Ενώ τα σωματίδια ύλης έχουν θετική ενέργεια, τα σωματίδια αντιύλης έχουν αρνητική.  

Σήμερα θεωρείται πως το σωματίδιο Χιγκς δεν έχει το δικό του αντισωματίδιο, όμως το Καθιερωμένο Πρότυπο της Κοσμολογίας επιτρέπει την ύπαρξη μποζονίων αντι-Χιγκς  όταν το Σύμπαν ήταν ακόμη πολύ νεαρό.

Σύμφωνα με τους δύο ερευνητές, η ασυμμετρία μεταξύ του συγκεκριμένου σωματιδίου με το αντισωματίδιό του ήταν υπεύθυνη για την επικράτηση της ύλης στο Σύμπαν. Στο δικό τους μοντέλο, υπάρχει ένας μηχανισμός που ευνοεί τη δημιουργία σωματιδίων Χιγκς και οδηγεί στην επικράτηση της ύλης έναντι της αντιύλης. O μηχανισμός αυτός καλείται Χιγκσογένεση (Higgsogenesis), και έχει υπάρξει στο παρελθόν αντικείμενο μελέτης και άλλων επιστημόνων.

Περαιτέρω, προτείνουν πως εάν το σωματίδιο Χιγκς αλληλεπιδρά με τη σκοτεινή ύλη, δημιουργώντας για παράδειγμα σωματίδια σκοτεινής ύλης όταν διασπάται, θα μπορούσε να είναι υπεύθυνο και για την αναλογία ύλης με σκοτεινή ύλη που παρατηρούμε σήμερα στο Σύμπαν (περίπου 1 προς 6).

Αυτό το τελευταίο σημείο είναι μια καλή ευκαιρία για πειραματική απόδειξη της θεωρίας των δύο επιστημόνων, καθώς αν πράγματι το Χιγκς διασπάται σε σωματίδια σκοτεινής ύλης, αυτό θα μπορεί να επιβεβαιωθεί από τα πειράματα στον επιταχυντή σωματιδίων LHC στη Γενεύη.

Καθώς όμως οι ανιχνευτές δεν μπορούν να εντοπίσουν άμεσα τα σωματίδια σκοτεινής ύλης, μια τέτοια ανακάλυψη θα έρθει με έμμεσο τρόπο, βρίσκοντας πως κάποια σωματίδια Χιγκς δημιουργήθηκαν και απλά εξαφανίστηκαν. Για να γίνει αυτό θα χρειαστούν ακόμη κάποια χρόνια ερευνών στον τεράστιο όγκο δεδομένων του LHC.

 Πηγή: Ναυτεμπορική , Τμήμα Επιστημών