Τι είναι το Σωματίδιο Χιγκς ή Σωματίδιο του Θεού

Τι είναι το Σωματίδιο Χιγκς ή Σωματίδιο του Θεού

Με δυό λόγια έχουμε τα εξής: Πρώτα-πρώτα είναι τα ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια είναι στοιχειώδες σωματίδιο, πιο συγκεκριμένια είναι είδος λεπτονίου (εδώ επίσης ανήκουν και τα νετρίνα αλλά και μερικά άλλα σωματίδια).

Τα πρωτόνια και τα νετρόνια όμως, δεν είναι στοιχειώδη σωματίδια , αλλά αποτελούνται – συνθέτονται από Quark. Υπάρχουν έξι διαφορετικά quark και τρία quark συνθετουν ένα πρωτόνιο (ή νετρόνιο – ανάλογα με το είδος τους). Τα εν λόγω quark τώρα, κρατιούνται δεμένα μεταξύ τους με ένα άλλο σωματίδιο που ανήκει στην κατηγορία των μποζονίων – το γλουόνιο. Για την δύναμη αυτή που ασκούν τα γλουόνια θα πούμε και σε λίγο. Στα μποζόνια μαζί με το γλουόνιο ανήκει επίσης και το γνωστό μας φωτόνιο καθώς και τα W και Z μποζόνια.

Το σύμπαν λοιπόν αποτελειται από Κουάρκ, Λεπτόνια και Μποζόνια που συνδυαζόμενα δημιουργούν νέα-σύνθετα σωματίδια και που με τη σειρά τους συνθέτουν τον κόσμο γύρω μας.

Μπορεί παραπάνω η περιγραφή να είναι σχετικά απλουστευμένη , θα πρέπει όμως να σκεφτεί κανείς ότι υπάρχουν εξι διαφορετικά κουάρκ (και έξι αντικούαρκ), δώδεκα ειδών λεπτόνια (που όπως είπαμε συμπεριλαμβάνουν τα γνωστά μας ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια), τεσσάρων ειδών μποζόνια και καμιά ντουζίνα ακόμη σύνθετα σωματίδια (όπως τα επίσης γνωστά μας πρωτόνιο και νετρόνιο που ξαναθυμίζω προκύπτουν από τα στοιχειώδη).

Συνεχίζουμε. Μια από τις πιο θεμελιώδεις θεωρίες της Φυσικής είναι το “Καθιερωμένο Πρότυπο” αγγλιστί Standard Model. Tο εν λόγω standard model συνδυάζει με θεωρητικό τρόπο αλλά και μαθηματικά μοντέλα τις 3 από τις τέσσερεις δυνάμεις αλληλεπίδρασης που γνωρίζουμε στο σύμπαν (Ισχυρή Πυρηνική, Ηλεκτρομαγνητική, Ασθενή Πυρηνική και Βαρυτική) καθώς και τα αντίστοιχα σωματίδια φορείς τους (Γλουόνια, Φωτόνια, W και Z Μποζόνια). Για την βαρυτική δεν έχει ανακαλυφθεί ακόμα σωματίδιο αλληλεπίδρασης (βαρυτόνιο;)

Το ωραίο με την Standard Model είναι ότι το μαθηματικό μοντέλο προβλέπει θεωρητικά όλα τα σωματίδια που υπάρχουν στο σύμπαν (στοιχειώδη ή σύνθετα) – με χαρτί και μολύβι που λένε – πριν ακόμα ανακαλυφθούν στο εργαστήριο.

Υπάρχουν όμως προβλήματα. Το κύριο πρόβλημα του Standard Model είναι ότι δεν προβλέπει ούτε καν θεωρητικά την ύπαρξη του (φανταστικού) “βαρυτονίου” και κατ επέκταση την σύνδεση του με την βαρύτητα. Όμως υπάρχει ένα ακόμη προβληματάκι.

Η αλήθεια είναι ότι στην απλή του μορφή το θεωρητικό αυτό μοντέλο προβλέπει ότι όλα τα στοιχειώδη σωματίδια είναι άμαζα – αϋλα . Αυτό βέβαια είναι πειραματικά αποδείξιμο ώς λάθος , διότι πχ έχουμε ήδη μετρήσει την μάζα λεπτονίων ή τών W και Z μποζονίων και δεν ήταν καθόλου μηδενική!!!

Για να λυθεί αυτό το παράδοξο, Ο Higgs τώρα έρχεται να συμπληρώσει την Standard Model εισάγωντας στο θεωρητικό μοντέλο ένα νέο στοιχειώδες σωματίδιο στην κατηγορία των Μποζονίων που ονομάζεται Σωματίδιο Χιγκς. Τώρα από εδώ και πέρα τα πράγματα δυσκολεύουν και δεν μπορούν να εξηγηθούν με απλά λόγια, ας πούμε όμως ότι το Σωματίδιο Χιγκς είναι ένα από τα συστατικά ενός πεδίου που ονομάζεται πεδίο Χιγκς.

Το πεδίο αυτό κάνει ένα ωραίο κολπάκι που θέλει πολλά μαθηματικά για να το καταλάβει κανείς, αλλά περιγραφικά να πούμε ότι το πεδίο αυτό κάνει αυτό που οι φυσικοί λένε “θραύση της συμμετρίας της ηλεκτραασθενούς αλληλεπίδρασης” (συνδασμός της ηλεκτρομαγνητικής και της ασθενούς πυρηνικής – θυμάστε που τις αναφέραμε προηγουμένως;) και με αυτό τον τρόπο παράγει τρόπον τινά μάζα για τον εαυτό του, αλλά και για άλλα μποζόνια.

Έτσι από το σχετικά αϋλο κόσμο των στοιχειωδών σωματιδίων περνάμε στον υλικό κόσμο των σύνθετων σωματιδίων και κατ’ επέκταση του κόσμου που βλέπουμε γύρω μας. Εάν το μποζόνιο Higgs υπάρχει, τότε είναι ένα κύριο δομικό στοιχείο του κόσμου γύρω μας.

Το σωματίδιο λοιπόν αυτό, ελπίζουν να το παρατηρήσουν στον Επιταχυντή σωματιδίων LHC του CERN όταν θα μπεί σε πλήρη λειτουργία. Είναι ίσως το πιο συναρπαστικό πείραμα στην ιστορία του ανθρώπου. Θα αποδείξει εάν υπάρχει ότι πραγματικά μπορεί να υπάρξει μάζα από το τίποτα , ενέργεια από το τίποτα.

Είναι πραγματικά το “γεννηθήτω φώς” σε εργαστήριο. Είναι το κολπάκι που έκανε ο Θεός και έφτιαξε το σύμπαν από το μηδέν. Είναι πραγματικά το God’s Particle.

Πως ανακαλύφθηκε το σωματίδιο του Θεού

Στις προηγούμενες ενότητες, είδαμε τι είναι το Σωματίδιο Χιγκς, γνωστό στο ευρύ κοινό και στα MME ώς “σωματίδιο του Θεού”. Με αφορμή την σχεδόν βέβαιη πλέον πειραματική απόδειξη της ύπαρξης του στο Large Hadron Collider (στο CERN) στο σημερινό άρθρο θα αναφερθούμε και πάλι στις ιδιότητες του σωματιδίου Higgs καθώς και στο ποια ήταν η μεθοδολογία της πειραματικής ανακάλυψης του στο LHC στην Ελβετία.

Ο κόσμος γύρω μας, ο κόσμος που εμείς βλέπουμε με τις αισθήσεις μας,αποτελείται από άτομα , που αποτελούνται από ηλεκτρόνια πρωτόνια και νετρόνια. Το ηλεκτρόνιο είναι στοιχειώδες σωματίδιο, αλλά τα πρωτόνια και τα νετρόνια όχι.

Τα νετρόνια είναι σύνθετα σωματίδια και αποτελούνται από 2 κουάρκ down και ένα quark up. Τα πρωτόνια είναι και αυτά σύνθετα σωματίδια και αποτελούνται από δύο κουάρκ up και 1 κουάρκ down. Πρωτόνια νετρόνια και ηλεκτρόνια συνθέτουν τα άτομα και υπάρχουν 117 διαφορετικά στοιχεία (άτομα) που δημιουργούν το σύμπαν, όλα όμως φτιαγμενα από κουάρκ και ηλεκτρόνια.

Επίσης από την δεκαετία του 30 ακόμα προβλέφθηκε πειραματικά το νετρίνο ηλεκτρονίου, σωματίδιο χωρίς ηλεκτρικό φορτίο που δεν αλληλεπιδρά μετρήσιμα με την ύλη και έχει μάζα σχεδόν μηδενική.

O κόσμος γύρω μας λοιπόν αποτελείται από ηλεκτρόνια , up quark, down quark (Άντε και από νετρίνα ηλεκτρονίου) Αλλα εκτός απο αυτά τα τρία – τέσσερα στοιχειώδη σωματίδια υπάρχουν, άλλα 8 που έχουν ανακαλυφθεί. Υπάρχουν τα μυόνια και τα νετρίνα μυονίου, υπάρχουν τα κουάρκ “παράξενο” και “χαριτωμένο”, υπάρχουν τα σωματίδια ταυ και τα νετρίνα ταυ και τέλος υπάρχουν τα κουάρκ “ψηλό” και “χαμηλό”.

Άρα έχουμε συνολικά έξι κουάρκς (όμως δύο μόνο απο αυτά συναντάμε στον κόσμο μας τον καθημερινό) και άλλα έξι σωματίδα που τα λέμε “λεπτόνια”. Από τα λεπτόνια όμως, όπως είδαμε, στον κόσμο μας τον καθημερινό συναντάμε μόνο το ηλεκτρόνιο

Υπάρχουν όμως άλλα στοιχειώδη σωματίδια; Ή είναι μόνο αυτά τα δώδεκα; Και που είναι τα φωτόνια , θα ρωτήσουν οι παρατηρητικοί; Στην πραγματικότητα τα 12 παραπάνω σωματίδια έχουν την γενική ονομασία “Φερμιόνια” .

Το φωτόνιο δέν είναι φερμιόνιο, αλλά “μποζόνιο”.

Στα μποζόνια ανήκουν : Τα φωτόνια οι φορείς δηλαδή του φωτός, τα μποζόνια W και Z υπεύθυνα για την ασθενή πυρηνική δύναμη, τα γκλουόνια υπεύθυνα για την ισχυρή πυρηνική δύναμη (η δύναμη που κρατά πρωτόνια και νετρόνια μαζί), τα φωνόνια και πλέον τα σωματίδια Higgs

Με δύο απλά και κατανοητά λόγια:

Φερμιόνια: υπακούουν στην απαγορευτική αρχή του Παουλί, δημιουργούν σταθερές δομικές μονάδες και κατ επέκταση την ύλη γύρω μας, υπακούουν στα κβαντικά φαινόμενα , δημιουργούν κβάντα πεδίων και άρα ύλή

Μποζόνια: δεν υπακοούν στην απαγορευτική αρχή του Παουλί , δεν δημιουργούν κβάντα πεδίων και άρα δεν είναι αυτό που λέμε ύλη

Θα ρωτήσετε όμως δίκαια “Ωραία, γιατί όμως η ύλη είναι ύλη; Τι είναι αυτό που την “υλοποιεί” την ύλη”.

Το σωματίδιο Higgs υλοποιεί την ύλη!

Ας το δούμε λίγο αναλυτικότερα. Η μάζα είναι και αυτή ένα χαρακτηριστικό ενός σωματιδίου όπως το ηλεκτρικό φορτίο του. Και όπως άλλα σωματίδια έχουν ηλεκτρικό φορτίο, όπως τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια ενώ άλλα δεν έχουν όπως τα νετρόνια έτσι και η μάζα είναι μια ιδιότητα ας πούμε “μαζιακής” φόρτισης.

Και όπως οι ηλεκτρικές ιδιότητες ενός σωματιδίου γίνονται αντιληπτές μόνο όταν υπάρχει η έννοια ενός ηλεκτρικού πεδίου , υπάρχει κατ’ αντιστοιχία ένα τέτοιο “μαζιακό” πεδίο που δημιουργήθηκε και “ενεργοποιηθηκε” τα πρώτα χιλιοστά του δευτερολέπτου μετά το Big Bang.

Το πεδίο Higgs. To πεδίο “μαζιακής φόρτισης”. Τρισσεκατομύρια τρισσεκατομυρίων αόρατα σωματίδια Higgs που περιβάλλουν τον κόσμο μας παντού και δημιουργούν το πεδίο μάζας , αυτό που κάνει δηλαδή την ύλη χειροπιαστή.

Στο CERN λοιπόν περιστρέφουμε γύρω-γύρω στον θηριώδη επιταχυντή γνωστά στοιχειώδη σωματίδια και τα κάνουμε να συγκρούονται μεταξύ τους με την ελπίδα να παρατηρήσουμε “συντρίμια” που γνωρίζουμε από τα θεωρητικά μοντέλα των Φυσικών επιστημόνων ότι είναι “συντρίμια από σωματίδια Higgs”.

Γιατί μόνο “συντρίμια”; Διότι , το σωματίδιο higgs είναι εξαιρετικά ασταθές και “αποσυντίθεται″ αλληλεπιδροντας με τα υπόλοιπα στοιχειώδη σωματίδια δίνονταν διάφορους συνδυασμους φερμιονίων μποζονίων, που όμως οι ίδιου συνδυασμοί είναι παράγωγο και άλλων στοιχειωδών σωματιδίων εκτός του Higgs

To ξαναλέω: Οι “συγκρούσεις” στο εσωτερικό του επιταχυντή δίνουν διαφόρων ειδών συντρίμια που μπορεί να είναι αποτέλεσμα από συγκρούσεις με Higgs , μπορεί και όχι. Έχει όμως αποδειχθεί επιστημονικά ότι μετά από κάποιον αριθμο πειραμάτων (χιλιάδων επαναλήψεων του ίδιου πειράματος με τα “συντρίμια” θα υπάρχει μια μικρή αλλά σημαντική διαφορά σε όλο αυτό το “σκουπιδαριο” που θα έχουν συλλέξει οι επιστημονες που θα αποδεικνύει ότι υπάρχει Higgs .

Ειναι σαν να λέμε όταν αν παρουμε τις βίδες απο ένα χαλασμένο βίντεο δεν μπορούμε να αποφασίσουμε εάν ήταν Panasonic , αλλά αμα πάρουμε χιλιάδες βίδες από χιλιάδες βίντεο σε όλο τον κόσμο, απο τις βίδες και μόνο θα μπορέσουμε να συμπεράνουμε ότι έστω και ένα βίντεο σε όλο τον κόσμο ήταν ένα χαλασμένο πανασόνικ χωρίς να ξέρουμε ακριβώς ποιο.

Στο CERN πραγματοποιούνταν 40.000.000 συγκρουσεις το δευτερόλεπτο για 5 ολόκληρα χρόνια ώστε να συλλεχθεί ικανός αριθμός πειραματικών δεδομένων.

Με τον τρόπο αυτό , οι επιστήμονες του CERN, επιβεβαιώσαν πειραματικά την υπαρξη του σωματιδίου Higgs που δημιουργεί το πεδίο Higgs , που δίνει στα φερμιόνια “φόρτιση μάζας” και άρα υλοποιεί τον κόσμο γύρω μας , τον κόσμο που δημιουργήθηκε από το Bing Bang και που πρίν την ενεργοποίηση του πεδίου Higgs ήταν ένας κόσμος άυλος.

Γεννηθήτω φως.

ΑΦΗΣΤΕ ΜΙΑ ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Παρακαλώ εισάγετε το σχόλιο σας!
Παρακαλώ εισάγετε το όνομά σας