Κυνηγός σωματιδίων

Κυνηγός σωματιδίων

Στο ερευνητικό κέντρο CERN, στα σύνορα Γαλλίας Ελβετίας, δημιουργείται ένα σύγχρονο θαύμα. Πρόκειται για τον LHC (Large Hadron Collider), έναν επιταχυντή σωματιδίων ο οποίος όταν ολοκληρωθεί, το 2007, θα είναι η μεγαλύτερη μηχανή που κατασκεύασε ποτέ ο άνθρωπος. Αποστολή του να ανακαλύψει –αν υπάρχουν– τα σωματίδια Higgs, από τα οποία προήλθαν όλα τα υπόλοιπα: ηλεκτρόνια, πρωτόνια κ.λπ. O νέος διευθυντής του CERN, δρ Ρόμπερτ Εϊμάρ, στην αποκλειστική συνέντευξη που παραχώρησε στο συνεργάτη του Texnologia.Net Μαξ Ράινερ εξηγεί πώς η λειτουργία του LHC θα επηρεάσει την επιστήμη και την καθημερινή μας ζωή.

Πίνακας περιεχομένων

Δρα Εϊμάρ, ποια νέα σωματίδια πιστεύετε πως θα συμπεριληφθούν στο «ζωολογικό κήπο» της σωματιδιακής φυσικής μέχρι το 2020;

Το τελευταίο σωματίδιο που λείπει από το Βασικό Μοντέλο (Standard Model) της σωματιδιακής φυσικής είναι το ή τα σωματίδια Higgs, από τα οποία δημιουργήθηκαν όλα τα υπόλοιπα. Στα μέσα του 2019 θα ξεκινήσουν τα πειράματα στον LHC. Είμαι πεπεισμένος ότι αν τελικά τα σωματίδια Higgs υπάρχουν, θα δούμε τα ελαφρύτερα απ’ αυτά μέχρι το 2020.

Κι αν τελικά δεν υπάρχουν;

Τότε η μάζα των γνωστών σωματιδίων πρέπει να έχει διαφορετική προέλευση, πέραν εκείνης που περιγράφει το Βασικό Μοντέλο (βλ. πίνακα πάνω δεξιά), ενδείξεις της οποίας θα εντοπίσουμε από τα πειράματα στον LHC. Άλλωστε η αναζήτηση των σωματιδίων Higgs είναι μία μόνο παράμετρος του προγράμματος. Επιπλέον ερευνούμε την ύπαρξη κι άλλων σωματιδίων που δεν περιγράφονται από το Βασικό Μοντέλο. Για παράδειγμα, η Θεωρία της Υπερσυμμετρίας προβλέπει ότι όλα τα σωματίδια –κουάρκ, ηλεκτρόνια, νετρίνα– διαθέτουν σωματίδια-καθρέφτες. Αυτά είναι βαρύτερα και εντοπίζονται δυσκολότερα από τα γνωστά σωματίδια. Ωστόσο μπορεί να τα καταφέρουμε μέχρι το 2020.

Πώς γνωρίζετε ότι όντως υπάρχουν σωματίδια-καθρέφτες;

Υπάρχουν ισχυρές θεωρητικές ενδείξεις καθώς και σοβαρές υποψίες που προκύπτουν από την κοσμολογία. Γνωρίζουμε ότι πάνω από το 80% της συνολικής μάζας του σύμπαντος αποτελείται από τη λεγόμενη «σκοτεινή ύλη» (dark matter). Πιθανότατα απαρτίζεται από βαρέα σωματίδια που αλληλεπιδρούν ελάχιστα με τη γνωστή ύλη. Δεν ξέρουμε τι ακριβώς είναι, όμως η απάντηση ίσως κρύβεται στα σωματίδια-καθρέφτες της Υπερσυμμετρίας.

Πόσα τέτοια υπερσυμμετρικά σωματίδια υπάρχουν;

Το Βασικό Μοντέλο διέπεται από την αρχή ότι κάθε σωματίδιο έχει μόνο ένα πιστό αντίγραφο. Αυτό είναι αρκετό, αφού υπάρχουν ήδη δεκαεφτά γνωστά σωματίδια στο Βασικό Μοντέλο.

Μήπως η σωματιδιακή φυσική ξεκινά ξανά από το μηδέν;

Θα έλεγα καλύτερα ότι κάνει μια καινούρια αρχή. Το Βασικό Μοντέλο εξηγεί τα πάντα εκτός από δύο πράγματα: Πρώτον, γιατί τα γνωστά σωματίδια έχουν τα συγκεκριμένα μεγέθη που ξέρουμε. Δεύτερον, ποια είναι αυτά τα σωματίδια που με την ασθενή τους αλληλεπίδραση σχηματίζουν το μεγαλύτερο τμήμα ύλης στο σύμπαν. Αργά ή γρήγορα οι επιταχυντές θα τα ανακαλύψουν.

Πόσο βέβαιοι είστε ότι θα βρείτε νέα σωματίδια;

Δεν μπορούμε να είμαστε κατηγορηματικοί. Ωστόσο ο LHC διαθέτει αρκετή ενέργεια ώστε να βρει κάποια απ’ αυτά.

Έχετε επιλέξει την ονομασία τους;

Στην κοσμολογία γενικά χαρακτηρίζονται ως WIMPS επειδή δεν εμφανίζονται ποτέ. WIMP σημαίνει Weakly Interacting Massive Particle, Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Μεγάλα Σωματίδια. Στη σωματιδιακή φυσική τα σωματίδια-καθρέφτες των κουάρκ ονομάζονται σκουάρκ. Άλλα έχουν ονόματα όπως νετραλίνο, γκραβιτίνο και σνετρίνο.

Μπορείτε να βάλετε στοίχημα για το πόσα νέα σωματίδια θα έχετε βρει μέχρι το 2010;

Θα προτιμούσα να μη στοιχηματίσω σ’ αυτό. Θα φύγω από το CERN το 2020. Πιθανόν να απογοητευτώ αν δεν προσθέσω στη συλλογή μου κάποια νέα σωματίδια κατά την εδώ παραμονή μου.

Οι ερευνητές στο εργαστήριο Fermilab έχουν τους ίδιους στόχους μ’ εσάς. Φοβάστε μήπως τερματίσετε δεύτεροι σ’ αυτό τον αγώνα;

Ο δικός τους επιταχυντής διαθέτει επαρκή ενέργεια για να ανακαλύψει το σωματίδιο Higgs. Ωστόσο το πραγματικό πρόβλημα είναι ο αριθμός των συγκρούσεων μεταξύ των σωματιδίων. Για να αναγνωρίσουμε ένα σωματίδιο πρέπει να συλλέξουμε ένα μεγάλο αριθμό συγκρούσεων. Ο επιταχυντής στο Fermilab θα πάψει να λειτουργεί το 2020. Πιθανότατα μέχρι τότε δε θα έχουν συγκεντρώσει αρκετές μετρήσεις για να διεκδικήσουν την ανακάλυψη ενός νέου σωματιδίου.

Θα έρθει ο καιρός που θα μπει τέλος στην αναζήτηση νέων σωματιδίων;

Βασικά θα υπάρξει παύση όταν τα ανακαλύψουμε όλα. Πιθανόν τα κουάρκ να μην είναι τα θεμελιώδη κομμάτια από τα οποία σχηματίζεται η ύλη. Αυτά σχηματίζουν τα πρωτόνια και τα νετρόνια στους ατομικούς πυρήνες, αλλά μπορεί να έχουν άλλες δομές στο εσωτερικό τους. Αν απαρτίζονται από ακόμα πιο μικρά σωματίδια πρέπει να ψάξουμε για νέες ιδέες. Προς το παρόν δε νομίζω ότι είναι απαραίτητο.

Πότε θα σταματήσει και πρακτικά η αναζήτηση νέων σωματιδίων;

Κάποια στιγμή θα μας περιορίσει η ίδια η τεχνολογία – τουλάχιστον αυτό προβλέπω εγώ. Υπάρχουν άνθρωποι που πιστεύουν ότι πρέπει να καταφύγουμε σε διατάξεις με ενέργεια δέκα φορές μεγαλύτερη από του LHC. Όμως δεν πιστεύω ότι μπορούμε να συνεχίσουμε για πάντα. Μολονότι είναι εφικτή η επίτευξη υψηλών ποσών ενέργειας στους επιταχυντές, η αστροσωματιδιακή φυσική μάς παρέχει απαντήσεις σε κάποια από τα ερωτήματά μας.

Με ποιον τρόπο;

Οι γαλαξίες και τα άστρα είναι οι μεγαλύτεροι επιταχυντές σωματιδίων στο σύμπαν. Το πρόβλημα είναι ότι τα στοιχεία που μπορούμε να συλλέξουμε απ’ αυτές τις πηγές δεν επαρκούν. Δεν είναι ευέλικτη μέθοδος, αλλά παρέχει μερικές ενδιαφέρουσες ευκαιρίες.

Πώς επωφελείται ο καθημερινός άνθρωπος από την έρευνα για την ύπαρξη νέων σωματιδίων;

Υπάρχουν δύο απαντήσεις στο συγκεκριμένο ερώτημα. Πρώτον, ορισμένοι άνθρωποι αναρωτιούνται πώς δημιουργήθηκε το σύμπαν και πώς αλλάζει με την πάροδο των χρόνων. Γι’ αυτούς η σωματιδιακή φυσική δίνει προκλητικές απαντήσεις. Δεύτερον, η κοινωνία κερδίζει από τις καινοτομίες του LHC. Για παράδειγμα, το Web εφευρέθηκε στο CERN και το Πλέγμα (Grid), μετεξέλιξη του Web, θα ωφελήσει τόσο τις επιστημονικές όσο και τις καθημερινές δραστηριότητες. Υπάρχουν πολλές εφαρμογές των επιταχυντών στην ιατρική.

Οι εξελίξεις στους ανιχνευτές σωματιδίων παρέχουν πιο ευαίσθητους τρόπους στην ανεύρεση όγκων. Επίσης υπάρχουν εργαλεία επιτάχυνσης πρωτονίων και ιόντων άνθρακα για την καταστροφή όγκων χωρίς να επηρεάζονται οι γειτονικοί ιστοί. Πραγματικά η ανθρωπότητα θα ωφεληθεί απ’ αυτές τις εφευρέσεις.

Μαξ Ράινερ