Γράφει:

Το αίνιγμα της βαρύτητας

του Πάνου Ραζή

Το Πρότυπο Μοντέλο

Το «Πρότυπο Μοντέλο» (Standard Model στη διεθνή επιστημονική ορολογία) περιγράφει ποσοτικά με θαυμαστή ακρίβεια, όλα σχεδόν τα φυσικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα στο Σύμπαν, από τα πιο μεγάλα σε επίπεδο γαλαξιών, αστέρων, πλανητών, μέχρι και τα πιο μικρά, τα «στοιχειώδη σωματίδια» που αποτελούν τους δομικούς λίθους της ύλης όλου του Σύμπαντος. Πέρα όμως από το γεγονός ότι εμπεριέχει πολλές παραμέτρους (μάζες των στοιχειωδών σωματιδίων, γωνίες μίξης κλπ.), σε κάποια ενεργειακή περιοχή το μοντέλο εμφανίζει προβλήματα απειρισμών στους μαθηματικούς υπολογισμούς. Αποτελεί άρα ένα πρακτικό μοντέλο περιορισμένης εμβέλειας, κατά τα ίδια πρότυπα που οι νόμοι του Νεύτωνα δεν ισχύουν για πολύ μεγάλες ταχύτητες και πρέπει να αντικατασταθούν από τις εξισώσεις της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Einstein.

Τα προβλήματα του Πρότυπου Μοντέλου μπορούν ενδεχομένως να αρθούν μόνο με την παραδοχή ύπαρξης κάποιων επιπρόσθετων φαινομένων και σωματιδίων με συγκεκριμένες ιδιότητες (π.χ. τα υπερσυμμετρικά σωματίδια), για την αναζήτηση και ανίχνευση των οποίων διεξάγεται το πείραμα CMS (Compact Muon Solenoid) στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων LHC του CERN. Σε αυτό συμμετέχει ενεργά και το Εργαστήριο Φυσικής Υψηλών Ενεργειών του Πανεπιστημίου Κύπρου. Κύριο στόχο έχει την ανίχνευση του σωματιδίου ή σωματιδίων higgs, των υπερσυμμετρικών σωματιδίων, καθώς και τυχόν επιπρόσθετες διαστάσεις στον χωρόχρονο. Και οι τρεις στόχοι θα βοηθήσουν σημαντικά στο πρόβλημα της ενοποίησης της βαρύτητας στο ίδιο μαθηματικό πλαίσιο με τις άλλες 3 δυνάμεις.

1. Εξήγηση της δημιουργίας μάζας

Η ανακάλυψη του/των σωματιδίου/ων higgs, αποτελεί το πιο επιτακτικό βήμα για να «κλείσει» και το τελευταίο αίνιγμα αναφορικά με το Πρότυπο Μοντέλο. Το higgs θα μας δώσει επιτέλους την εξήγηση της δημιουργίας μάζας τόσο στα σωματίδια που αποτελούν τους δομικούς λίθους της ύλης του Σύμπαντος, όσο και στα σωματίδια φορείς των αλληλεπιδράσεων. Η μάζα είναι το πιο σημαντικό μέγεθος στην κατανόηση της δύναμης της Βαρύτητας, αφού συνδέεται άμεσα με την δομή και την τοπολογία του χώρου και του χρόνου (χωρόχρονου). Η σύζευξη με το σωματίδιο higgs δίνει την μάζα σε όλα τα σωματίδια, χωρίς παράλληλα να χαλάει την συμμετρία πάνω στην οποία στηρίζεται όλη η δόμηση του Πρότυπου Μοντέλου με την ενοποίηση των ηλεκτρο-μαγνητικών με τις ασθενείς αλληλεπιδράσεις και την κατανόηση των ισχυρών αλληλεπιδράσεων.

2. Υπερχορδές και σκοτεινή ύλη

Τυχόν ανακάλυψη των υπερσυμμετρικών σωματιδίων, πέρα από το ότι θα εξαφανίσει τους απειρισμούς που εμφανίζονται στο Πρότυπο Μοντέλο, θα μας δώσει την δυνατότητα να ισχυροποιήσουμε τις πεποιθήσεις μας, οι οποίες επί του παρόντος δεν στηρίζονται σε πειραματικές ενδείξεις, ότι η ορθή κατεύθυνση για να ενοποιήσουμε και την βαρύτητα με τις άλλες 3 δυνάμεις είναι αυτή των μοντέλων που περιγράφουν τα σωματίδια ως υπερχορδές (κλειστά ή ανοικτά νήματα), αντί για σημειακά στοιχεία. Η υπερσυμμετρία είναι η συμμετρία που συνδέει τα στοιχειώδη σωματίδια της ύλης με τα σωματίδια φορείς που κουβαλούν τις αλληλε-πιδράσεις και προϋποθέτει τον διπλασιασμό του αριθμού των σωματιδίων, με την εισαγωγή νέων σωματιδίων υπερσυμμετρικών συνεταίρων, των οποίων το spin διαφέρει κατά ½ από τα γνωστά σωματίδια. Με την πιθανή ανακάλυψη των υπερσυμμετρικών σωματιδίων αίρονται ακριβώς όλοι οι απειρισμοί του Προτύπου Μοντέλου.

Παράλληλα, κάποια από τα υπερσυμμετρικά σωματίδια καθίστανται ισχυροί υποψήφιοι για την εξήγηση της ούτω καλούμενης «σκοτεινής ύλης», η οποία καταλαμβάνει κάπου το 22% της ύλης του Σύμπαντος, ύλη την οποία δεν μπορούμε να δούμε άμεσα, παρά μόνο μέσω των βαρυτικών της επιδράσεων.

3. Επιπρόσθετες διαστάσεις

Με τα πειράματα στο LHC θα αναζητηθούν τυχόν επιπρόσθετες διαστάσεις στον χωρόχρονο, πέρα από τις γνωστές μας μήκος, ύψος, πλάτος και την διάσταση του χρόνου. Είναι κατανοητό ότι, αν υπάρχουν τέτοιες επιπρόσθετες διαστάσεις, τα ανθρώπινα μάτια δεν μπορούν να τις διακρίνουν. Τα ανιχνευτικά συστήματα στο πείραμα μπορούν να μετρήσουν με μεγάλη ακρίβεια την ενέργεια και την θέση των ανιχνευόμενων σωματιδίων σε γεγονότα όπου π.χ. υπάρχει διαφεύγουσα ενέργεια εγκάρσια προς το επίπεδο των κρούσεων, ή οι αλληλεπιδράσεις λαμβάνουν χώρα μέσω διεγερμένων βαρυτονίων (οι θεωρούμενοι φορείς της βαρυτικής δύναμης), αναδεικνύοντας έτσι την δυνατότητα έμμεσης ανίχνευσης των νέων διαστάσεων.

Ο Πάνος Ραζής είναι Πρύτανης του Ανοικτού Πανεπιστημίου, Καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Κύπρου

Σχολιάστε

Επιτρέπονται τα εξής στοιχεία και ιδιότητες HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>