Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

Οι τέσσερεις αλληλεπιδράσεις είναι τρεις

Στα χρόνια που ακολούθησαν την εδραίωση του QED, δύο καινούργιες ιδέες άνοιγαν

δρόμους προς τη Φυσική του σήμερα.

Η πρώτη: Θα μπορούσε, ίσως, να οικοδομηθεί μία ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΠΕΔΙΟΥ για καθεμιά από τις τρεις « άλλες» Αλληλεπιδράσεις .

Η δεύτερη: Θα μπορούσε, ίσως, να δρομολογηθεί ένα Πρόγραμμα για την ΕΝΟΠΟΙΗΣΗ όλων των Αλληλεπιδράσεων

Η πρώτη μεγάλη επιτυχία ήταν η ΕΝΟΠΟΙΗΣΗ της ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ αλληλεπίδρασης

με την ΑΣΘΕΝΗ, αλλά ο διαδρομή προς αυτήν έγινε από ένα μονοπάτι δύσβατο.

Στη δύσκολη αυτή διαδρομή προηγήθηκε η ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ με βασικά εργαλεία τις έννοιες, ΣΥΜΜΕΤΡΙΑ ΒΑΘΜΙΔΑΣ, ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟ ΜΠΟΖΟΝΙΟ, ΑΥΘΟΡΜΗΤΗ ΡΗΞΗ ΤΗΣ ΣΥΜΜΕΤΡΙΑΣ και ακολούθησε η ΈΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ, χωρίς την οποία καμία θεωρητική σύλληψη δεν θα μπορούσε να εδραιωθεί.

Το 1954 ο γεννημένος στην Κίνα Chen Ning Yang, σε συνεργασία με τον Αμερικανό Robert Mills

στο Ινστιτούτο Ανωτέρων Σπουδών του Princeton, πρότειναν μία Θεωρία ΠΕΔΙΩΝ για τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις, στα πρότυπα της QED.

Η Θεωρία Yang- Mills διεπόταν από μία Αρχή Συμμετρίας βαθμίδας η οποία εξασφάλιζε ότι οι βασικές εξισώσεις παρέμεναν αναλλοίωτες κάτω από ορισμένους μετασχηματισμούς εξαρτώμενους από τη θέση και τον χρόνο.

Οι Yang και Mills βρήκαν ότι με τη θεωρία επισυναπτόταν μία ομάδα διανυσματικών μποζονίων W, ακριβώς όπως συναπτόταν με την QED το φωτόνιο.

Κανένα όμως από τα σωματίδια αυτά δεν είχε παρατηρηθεί πειραματικά.

Λόγω της στενής αναλογίας ανάμεσα στη νέα Θεωρία και στην QED τα διανυσματικά μποζόνια εθεωρούντο μηδενικής μάζας. Η Θεωρία Yang- Mills λογιζόταν ενδιαφέρουσα από μαθηματική άποψη αλλά μικρής ή μηδενικής αξίας για τη Φυσική.

Χρειάστηκε μία δεκαετία για να συνειδητοποιηθεί ότι η «άχρηστη» αυτή θεωρία ήταν θεμελιακής σημασίας και ήταν ικανή να διαμορφώσει τη Φυσική των Υψηλών Ενεργειών.

Τέσσερα χρόνια αργότερα, το έτος δηλαδή 1958,

ο Julian Schwinger, ανταγωνιστής του Feynmann στην QED,

διατύπωσε την άποψη ότι ΤΑ ΔΥΟ ΑΝΤΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ

Yang- Mills (W+, W- ) ΑΝΗΚΟΥΝ ΣΤΗΝ ΙΔΙΑ ΟΙΚΟΓΕΝΕΙΑ ΜΕ ΤΟ ΦΩΤΟΝΙΟ

το 1962, ο Sheldon Glashow του Harvard, μαθητής του Schwinger,

πρότεινε μια ΘΕΩΡΙΑ ΒΑΘΜΙΔΑΣ ΤΩΝ ΑΣΘΕΝΩΝ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΩΝ

ΜΕ ΤΡΙΑ ΑΝΤΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΜΗ ΜΗΔΕΝΙΚΗΣ ΜΑΖΑΣ.

Πέραν των W⁺ και W^- η θεωρία του πρότεινε και ένα ουδέτερο σωματίδιο, το Ζ₀.

Την ίδια περίπου εποχή

ο Yoichiro Nambu στο πλαίσιο της ΘΕΩΡΙΑΣ ΤΗΣ ΥΠΕΡΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ

παρουσίασε μια καινούρια ΙΔΕΑ, την ΑΥΘΟΡΜΗΤΗ ΡΗΞΗ ΤΗΣ ΣΥΜΜΕΤΡΙΑΣ.

Εμπνεόμενος από το έργο του Nambu, o Σκοτσέζος θεωρητικός Reter Higgs ,

ΠΡΟΤΕΙΝΕ, το 1964, ΕΝΑΝ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟ ο οποίος επέτρεπε τη ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΜΑΖΩΝ για τα διανυσματικά μποζόνια στις θεωρίες Yang- Mills.

Το έτος 1967 αναπτύχθηκε μία βελτιωμένη

εκδοχή του μοντέλου Glashow

την οποία δημοσίευσε πρώτος

ο Steven Weinberg για να ακολουθήσει

αμέσως μετά ο Abdus Salam,

πακιστανός θεωρητικός

που εργαζόταν στο Imperial College του Λονδίνου.

αξιοποίησαν την ιδέα «ΑΥΘΟΡΜΗΤΗ ΡΗΞΗ ΣΥΜΜΕΤΡΙΑΣ» και εφάρμοσαν τον μηχανισμό του Higgs ΓΙΑ ΝΑ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΟΥΝ ΤΙΣ ΜΑΖΕΣ ΤΩΝ ΤΡΙΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΣΤΗΝ «ΗΛΕΚΤΡΑΣΘΕΝΗ» ΘΕΩΡΙΑ ΒΑΘΜΙΔΑΣ.

Τα πρώτα χρόνια της ζωής της, η ΗΛΕΚΤΡΑΣΘΕΝΗΣ ΘΕΩΡΙΑ

αγνοήθηκε σε μεγάλο βαθμό. Αλλά κατά τη δεκαετία του 1970 καταξιώθηκε ως μία πρωτοποριακή συμβολή στο εκκολαπτόμενο ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΝΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΩΝ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΩΝ

Η αλλαγή σημειώθηκε το 1972 και συνδέεται με την αναγνώριση του γεγονότος ότι ήταν επανακανονικοποιήσιμη, μοιραζόταν δηλαδή με την QED τις ιδιότητες της ΠΡΟΒΛΕΨΙΜΟΤΗΤΑΣ και της ΥΠΟΛΟΓΙΣΙΜΟΤΗΤΑΣ.

Αυτό το απέδειξε πρώτος ο Ολλανδός Gerardus t’ Hooft όταν έδειξε ότι μία ευρεία κλάση συμμετρικών θεωριών, στην οποία ανήκε και η ΗΛΕΚΤΡΑΣΘΕΝΗΣ ΘΕΩΡΙΑ, επιδεχόταν RENORMALIZATION.

Mόνο τότε έγινε πραγματικά αξιοποιήσιμη η θεωρία των Weinberg και Salam

η θεωρία προέβλεπε πώς υπήρχε ένα σωματίδιο -ουδέτερος σύντροφος του φωτονίου με μάζα –

το οποίο θα διαμεσολαβούσε ασθενείς αλληλεπιδράσεις χωρίς μεταβολές φορτίου μεταξύ των σωματιδίων που αλληλεπιδρούσαν.

Οι τέτοιου είδους διαδικασίες ΟΥΔΕΤΕΡΩΝ ΡΕΥΜΑΤΩΝ, όπου υπεισερχόταν το Ζ₀ ως σωματίδιο φορέας, διέκριναν το νέο ενοποιημένο μοντέλο από τις παλαιότερες θεωρίες των ασθενών αλληλεπιδράσεων. Μέχρι να διαπιστωθεί πειραματικά η ύπαρξη ουδετέρων ρευμάτων, η θεωρία δεν μπορούσε να θεωρείται ικανοποιητική.

Για τα ουδέτερα ρεύματα γινόταν έρευνα τόσο στο FERMILAB όσο και στο CERN. Το καλοκαίρι του 1973, λίγο πριν τα γεγονότα του Πολυτεχνείου, οι πειραματιστές του CERN ανακοίνωσαν ότι είχαν ανακαλύψει σοβαρά τεκμήρια που απεδείκνυαν την ύπαρξη ασθενών ρευμάτων βασιζόμενοι στην ανάλυση διαδικασιών μεταξύ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ και ΝΕΤΡΙΝΩΝ.

Το κρίσιμο εργαλείο ήταν ο GARGAMELLE, ένας γαλλικής κατασκευής θάλαμος φυσαλίδων βάρους 20 τόνων

Στο μυθιστόρημα του Rabelais η GARGAMELLE είναι η μαμά του ΓΑΡΓΑΝΤΟΥΑ. Για τους νεαρούς φυσικούς του 1974, που διάβαζαν και λογοτεχνία, η GARGAMELLE ήταν και ο γιγάντιος θάλαμος φυσαλίδων του CERN

το καλοκαίρι του 1974, όταν στην Ελλάδα καταρρέει το στρατιωτικό καθεστώς, για την παγκόσμια κοινότητα των φυσικών οι αβεβαιότητες έχουν εξαφανιστεί και από τότε «η ύπαρξη ουδέτερων ρευμάτων θεωρείται αποδεδειγμένη »

Η επιτυχία της ΗΛΕΚΤΡΑΣΘΕΝΟΥΣ ΘΕΩΡΙΑΣ παρέμενε όμως ανολοκλήρωτη, όσο τα τρία WEAKONS – τα τρία ενδιάμεσα διανυσματικά μποζόνια – εξακολουθούσαν να είναι υποθετικά σωματίδια.

Η κατάσταση άλλαξε στις αρχές της δεκαετίας του 1980 όταν οι νέοι επιταχυντές συγκρουόμενων δεσμών πρωτονίων- αντιπρωτονίων στο CERN και στο FERMILAB, ΠΡΟΣΦΕΡΑΝ ΤΙΣ ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ τις αναγκαίες για την παραγωγή των βαρέων αυτών σωματιδίων.

Ο Collider του CERN άρχισε να δίνει σκεδάσεις το καλοκαίρι του 1981 και το φθινόπωρο του 1982 φάνηκαν οι πρώτες ενδείξεις για την ύπαρξη βαρέων σωματιδίων W. Τον Ιανουάριο του 1983 οι φυσικοί του CERN ανακοίνωσαν σημαντικά αποτελέσματα

Η ΜΑΖΑ ΤΟΥ W ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΤΗΚΕ ΣΕ 80 περίπου GeV και ήταν σύμφωνη με τις προβλέψεις της Θεωρίας. Έξι μήνες αργότερα ανιχνεύθηκε και το Ζ₀ μέσω διασπάσεων σε e+ e- και μ+ μ- και στο σωματίδιο αποδόθηκε μάζα περίπου 95 GeV,

Ο Carlo Rubbia υπήρξε η κινητήρια δύναμη πίσω από το ερευνητικό πρόγραμμα και ο σκαπανέας στην ανάπτυξη του COLLIDER - επιταχυντή συγκρουόμενων δεσμών - πρωτονίων και αντιπρωτονίων.

To 1984, μοιράστηκε το βραβείο Νόμπελ με τον συνεργάτη του, στο CERN, τον ιδιοφυή Ολλανδό μηχανικό των επιταχυντών Simon van der Meer ο οποίος είχε αναπτύξει ένα σύστημα συσσώρευσης της Αντιύλης

.

Αποδείχτηκε ότι η ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ και η ΑΣΘΕΝΗΣ αλληλεπίδραση περιγράφονται από μια ενιαία μαθηματική θεωρία.

Αλλά στις σημερινές συνθήκες του Κόσμου μας, η Θεωρία αυτή εμφανίζει την ιδιότητα της ΑΥΘΟΡΜΗΤΗΣ ΡΗΞΗΣ ΤΗΣ ΣΥΜΜΕΤΡΙΑΣ.

Τι θα πει αυτό ;

Αυτό σημαίνει ότι

ΤΟ ΦΩΤΟΝΙΟ φορέας της ηλεκτρομαγνητικής ΚΑΙ ΤΑ ΤΡΙΑ ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΑ ΜΠΟΖΟΝΙΑ φορείς της ασθενούς ΕΜΦΑΝΙΖΟΝΤΑΙ ΩΣ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΑ ΕΙΔΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ, ΟΤΑΝ ΠΑΡΑΤΗΡΟΥΝΤΑΙ ΣΕ ΧΑΜΗΛΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ,

σε συνθήκες δηλαδή «σαν αυτές που ζούμε καθημερινά».

Ωστόσο ΣΕ ΠΟΛΥ ΥΨΗΛΕΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ ΚΟΛΑΣΗΣ,

όπως εκείνες που επικρατούσαν στο πρώτο δευτερόλεπτο του Big Bang

ΤΑ ΤΡΙΑ ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΑ ΜΠΟΖΟΝΙΑ ΑΠΟΚΤΟΥΝ ΜΗΔΕΝΙΚΗ ΜΑΖΑ

ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΙΦΕΡΟΝΤΑΙ ΣΑΝ ΦΩΤΟΝΙΑ