Έχετε δημιουργική σκέψη; Σας αρέσει να μοιράζεστε τις γνώσεις σας και να διευρύνετε τους ορίζοντές σας; Αν ναι, τότε το People & Ideas είναι για σας. Μπορείτε απλώς να γίνετε αναγνώστης του ή να κάνετε ένα παραπάνω βήμα: να γίνετε επιμελητής περιεχομένου ή δημιουργός περιεχομένου. Έτσι παρακολουθείτε, δημιουργείτε, βιώνετε και μεταδίδετε την μάθηση αεί διδασκόμενοι προς όφελος όλων.

Ένα κοκτέϊλ, το μποζόνιο του Higgs και μια ιστορία μάζας

Το σωματίδιο που ονομάζεται μποζόνιο του Higgs ανίχνευσαν κατά 99,99% οι επιστήμονες του CERN στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίου (LHC). H πλήρης ανάλυση των αποτελεσμάτων θα γίνει στα τέλη Ιουλίου αλλά το πιθανότερο είναι ότι άνοιξε ένα καινούργιο κεφάλαιο στην κατανόηση της φυσικής και της διαμόρφωσης του Σύμπαντος. Τι είναι όμως αυτό το σωματίδιο και γιατί είναι τόσο σημαντική η ανακάλυψή του;

Την πρώτη εξήγηση δίνει ο Γάλλος φυσικός Étienne Klein, του CEA (Κέντρου Ατομικών Σπουδών), καθηγητής στην École Centrale de Paris, διδάκτωρ στη φιλοσοφία των επιστημών και συγγραφέας.

Από πού προέρχεται η μάζα των πραγμάτων; Από την εποχή του Νεύτωνα θεωρούσαμε ότι η μάζα ήταν μια κατ’ουσίαν ιδιότητα των σωμάτων. Όπως αντιλαμβανόμαστε το σώμα μας ως μια μάζα, έτσι συνδέσαμε την έννοια της ουσίας μ’ αυτή της μάζας και θεωρούσαμε ότι ό,τι έχει ουσία έχει και μάζα.

Αυτή η ιδέα αμφισβητείται σήμερα από τους φυσικούς των σωματιδίων που αναρωτιούνται αν σε μικροσκοπικό επίπεδο τα δώδεκα σωματίδια που αποτελούν την ύλη (όπως τα ηλεκτρόνια, νετρόνια, πρωτόνια, φωτόνια) όχι μόνο δεν έχουν αυτά καθ’αυτά μάζα αλλά επί πλέον αλληλεπιδρούν με το κενό που τα περιέχει.

Με άλλα λόγια, η μάζα των στοιχείων δεν είναι μια ιδιότητά τους αλλά ένα αποτέλεσμα: της αλληλεπίδρασής τους με το κενό.

Αυτό προκύπτει από το λεγόμενο Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model) -μια φυσική θεωρία που περιγράφει τα δομικά συστατικά της ύλης και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις.

Βάσει αυτού, όλα τα σωματίδια υπόκεινται σε τρεις δυνάμεις που τα ενώνουν και μπορεί και δημιουργείται η ύλη. Είναι η ηλεκτρομαγνητική δύναμη και οι δυο πυρηνικές δυνάμεις – η ασθενής και η ισχυρής δύναμη.  Η 4η δύναμη, αυτή της βαρύτητας, θεωρείται υποτυπώδης γιατί είναι πολύ μικρής έντασης στην κλίμακα όπου μελετούνται τα σωματίδια. Αυτές οι τρεις δυνάμεις που φαινομενικά νομίζουμε διαφορετικές, περιγράφονται με κοινές μαθηματικές έννοιες συμμετρίας και με τη θεωρία των συμμετρικών ομάδων. Μάλιστα την δεκαετία του ’70, οι φυσικοί κατανόησαν ότι δυο από αυτές, η ασθενής και η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, είναι ίδιας φύσης, τόσο που ενοποιούνται στο Καθιερωμένο Πρότυπο. Ο ηλεκτρισμός, ο μαγνητισμός, το φως και μερικοί τύποι πυρηνικής ενέργειας είναι η έκφραση μιας και μόνο δύναμης, που ονομάζεται ηλεκτροασθενής. Όλα αυτά μπορεί να ακούγονται πολύ θεωρητικά, το ενδιαφέρον είναι ότι για να στέκεται μαθηματικά το μοντέλο αυτό πρέπει όλα τα σωματίδια να έχουν μηδενική μάζα.

Δημιουργείται δηλαδή μια αντίφαση μεταξύ της μέτρησης, της παρατήρησης που μας λέει ότι τα σωματίδια έχουν κάποια μάζα και της θεωρίας που λέει το αντίθετο.

Πώς να συμβιβαστεί η θεωρία με την πράξη; Μια λύση προτάθηκε από τρεις φυσικούς στο τέλος της δεκαετίας του ’60. Είναι ο Σκωτσέζος Peter Higgs, ο de Brout και ο Englert. Η ιδέα τους ήταν η εξής: τα βασικά σωματίδια δεν έχουν μάζα αλλά αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους με τέτοιο τρόπο που φαίνονται να έχουν.

Ορίστε ένα παραστατικό παράδειγμα. Φανταστείτε ότι είστε σε ένα κοκτέϊλ. Γύρω σας συνάδελφοι συζητούν. Κάποια στιγμή αποφασίζετε να φύγετε και έτσι καθώς προχωράτε προς την έξοδο αναγκάζεστε να χαιρετήσετε και να μιλήσετε με όσους δεν είχατε προλάβει προηγουμένως. Αυτό θα σας επιβραδύνει την πορεία εξόδου. Θα αρχίσετε να μετακινήστε πολύ πιο αργά από το αν ήσασταν για παράδειγμα απολύτως μόνος σας στο δρόμο. Οι αλληλεπιδράσεις με τους συναδέλφους σας που λαμβάνουν χώρα θα σας δώσουν αδράνεια – θα σας επιβραδύνουν και θα πάρετε την όψη μιας μάζας.

Η ιδέα του Higgs είναι ότι τα σωματίδια που συνθέτουν την ύλη είναι συνεχώς σε ένα κοκτέιλ και σε συνεχή αλληλεπίδραση με αυτά που ονομάζονται μποζόνια του Ηiggs. Το κενό δηλαδή δεν είναι άδειο αλλά γεμάτο από τα μποζόνια και το πεδίο του Higgs που απλώνεται παντού στο σύμπαν σαν είδος “κόλλας” και επιτρέπει να αποκτήσουν μάζα τα άλλα σωματίδια.

Σαν να έχουν αυτά ένα κουτάλι και το βουτάνε λίγο έως πολύ μέσα στο πεδίο του Higgs. Αυτή η κίνηση αλληλεπίδρασης θα καθορίσει την όψη μάζας που θα πάρει το σωματίδιο. Όσο μεγαλύτερη -όσο πιο βαθιά βυθιστεί η η κουτάλα στο πεδίο- τόσο θα φαίνεται πιο βαριά και αντίστροφα. Για παράδειγμα τα ηλεκτρόνια είναι ελαφριά γιατί αλληλεπιδρούν λίγο.

Δείτε επίσης και κάτι λίγο πιο σύνθετο. Το βίντεο είναι του γνωστού σκιτσογράφου PhD comics, όπου ο Daniel Whiteson, καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο UC Irvine, εξηγεί τη θεωρία και τα σχετικά πειράματα στο LHC.

Σχολιάστε το άρθρο

Αφήστε ένα σχόλιο

Σας άρεσε το άρθρο; Πείτε μας τη γνώμη σας.