Ραγισμένος καθρέπτης

kobayashi maskawa nambu

Το φετινό Νόμπελ Φυσικής μοιράζεται ανάμεσα σε δύο Ιάπωνες και έναν Αμερικανό ιαπωνικής καταγωγής για τη συμβολή τους στην εξέλιξη του Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής.

Το ήμισυ του βραβείου θα απονεμηθεί στον Αμερικανό Yoichiro Nambu, σήμερα 87 ετών, «για την ανακάλυψη του μηχανισμού της αυθόρμητης σπασμένης συμμετρίας στην υποατομική φυσική» ανακοίνωσε την Τρίτη η Βασιλική Σουηδική Ακαδημία Επιστημών.

Το υπόλοιπο μισό θα μοιραστούν ο 64χρονος σήμερα Makoto Kobayashi και ο Toshihide Maskawa, 68 ετών, «για την ανακάλυψη της προέλευσης της σπασμένης συμμετρίας η οποία προβλέπει την ύπαρξη τουλάχιστον τριών οικογενειών κουάρκ». Κουάρκ είναι τα υποατομικά σωματίδια από τα οποία αποτελούνται τα πρωτόνια και τα νετρόνια στους πυρήνες των ατόμων.

Σπασμένος καθρέπτης

Οι φυσικοί έχουν πλέον αποδείξει ότι το Σύμπαν δεν παρουσιάζει πάντα συμμετρία, όπως αυτή που υπάρχει ανάμεσα σε ένα αντικείμενο και το είδωλό του στον καθρέπτη. Η έννοια της «σπασμένης συμμετρίας» μπορεί να γίνει πιο εύκολα κατανοητή από δύο φαινόμενα που παραμένουν μέχρι σήμερα δυσεξήγητα:

Οι επιστήμονες πιστεύουν σήμερα ότι τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης πριν από 14,6 δισ. χρόνια, το Σύμπαν ήταν εξαρχής ελαφρώς ασύμμετρο όσον αφορά ορισμένα χαρακτηριστικά τους. τη στιγμή εκείνη δημιουργήθηκαν σχεδόν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης, οι οποίες έχουν την ιδιότητα να αλληλοεξουδετερώνονται όταν έρθουν σε επαφή.

Αν οι ποσότητες ύλης και αντιύλης ήταν «συμμετρικές» και ίσες, τίποτα από ό,τι βλέπουμε σήμερα στον Κόσμο δεν θα υπήρχε -θα είχε αφανιστεί από την αλληλοεξόντωση. Ένα απειροελάχιστο πλεόνασμα ύλης επέτρεψε το σχηματισμό άστρων και γαλαξιών.

Οριστική εξήγηση για την ασυμμετρία ύλης-αντιύλης ακόμα δεν υπάρχει, θα μπορούσε όμως να προκύψει από τα πειράματα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN.

Το ίδιο όργανο ίσως δώσει απάντηση και σε ένα άλλο φαινόμενο ασυμμετρίας, την ασυμμετρία ανάμεσα στις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης -ηλεκτρομαγνητική, ασθενής και ισχυρή πυρηνική δύναμη και βαρύτητα.

Οι περισσότεροι φυσικοί σήμερα πιστεύουν ότι η αρχική συμμετρία μεταξύ των δυνάμεων έσπασε αυθόρμητα λόγω του «μηχανισμού Χιγκς». Τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος ίσως κανένα σωματίδιο δεν είχε μάζα -την απέκτησε λόγω της παραβίασης της συμμετρίας από το «σωματίδιο του Χιγκς», γνωστό και ως «σωματίδιο του Θεού», το οποίο επίσης αναζητά ο LHC.

Ο δρόμος για αυτή την ανακάλυψη ξεκίνησε από τον Yoichiro Nambu τη δεκαετία του 1960, όταν εισήγαγε για πρώτη φορά την αυθόρμητη παραβίαση της συμμετρίας στην φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων.

Τα μαθηματικά εργαλεία που ανέπτυξε για την ασυμμετεία διαπερνούν το σημερινό Καθιερωμένο Μοντέλο, το σύνολο των εξισώσεων που περιγράφουν την ύλη και ενοποιοούν τρεις από τις τέσσερις δυνάμεις της φύσης, με εξαίρεση τη βαρύτητα.

Το έργο των Makoto Kobayashi και Toshihide Maskawa τη δεκαετία του 1970 περιέγραψαν το μηχανισμό της σπασμένης συμμετρίας και προέβλεψαν την ύπαρξη τριών κατηγοριών κουάρξ η οποία επιβεβαιώθηκε μόνο πολύ αργότερα.

Το έργο που ξεκίνησαν οι τρεις ερευνητές θα μπορούσε τώρα να εξελιχθεί με την ανακάλυψη του σωματιδίου Χιγκς και την εξήγηση της ασυμμετρίας ύλης-αντιύλης στον LHC.

Το μεγαλύτερο πειραμα της ιστοριας

 

Κάτω από τα γαλλοελβετικά σύνορα, στον υπόγειο, μήκους 27 χλμ, Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Έρευνας Στοιχειωδών Σωματιδίων (CERN), θα πραγματοποιηθεί το μεγαλύτερο πείραμα της ιστορίας.
Το πείραμα, στο οποίο συμμετέχουν επιστήμονες από όλον τον κόσμο, μεταξύ των οποίων και Έλληνες, προσδοκάται ότι θα ρίξει φως στις συνθήκες γέννησης του σύμπαντος και θα επιτρέψει την ανακάλυψη νέων σωματιδίων της ύλης.
Αυτό που ουσιαστικά επιχειρείται στο CERN, είναι η αναπαραγωγή των συνθηκών που επικρατούσαν ένα απειροστό κλάσμα του δευτερολέπτου μετά το αρχικό «Μπινγκ Μπανγκ», το οποίο πριν περίπου 13,7 δισ. χρόνια, άρχισε σταδιακά να δημιουργεί τα αστέρια, τους πλανήτες και τη Γη.
Οι αισιόδοξοι προβλέπουν ότι οι ανακαλύψεις που θα προκύψουν από το ιστορικό αυτό πείραμα θα πυροδοτήσουν μελλοντικά σημαντικές εξελίξεις σε πολλούς τομείς της κοινωνίας.
Οι επιστήμονες ανά τον κόσμο περιμένουν με αγωνία να δουν πράγματα που δεν ξέρουν αν υπάρχουν στη φύση, όπως άλλες διαστάσεις, ή έστω να επιβεβαιώσουν κεντρικές θεωρίες της φυσικής και της κοσμολογίας, για παράδειγμα ότι υπάρχει το σωματίδιο «μποζόνιο του Χιγκς», που υποτίθεται ότι έδωσε μάζα στην ύλη.
Στον αντίποδα βρίσκονται αυτοί που φοβούνται ότι το πείραμα CERN θα φέρει το τέλος του κόσμου, επειδή θα δημιουργήσει μια μαύρη τρύπα που θα «καταπιεί» το CERN, τη Γενεύη και ολόκληρο τον πλανήτη.
Μάλιστα, οι σκεπτικιστές, με επικεφαλής την ομάδα πολιτών και επιστημόνων LCH Kritiks από τη Γερμανία, την Αυστρία και την Ελβετία, έφθασαν μέχρι το Ευρωπαϊκό Δικαστήριο Ανθρωπίνων Δικαιωμάτων προσπαθώντας να σταματήσουν το πείραμα, υποστηρίζοντας ότι σε μια περίοδο τεσσάρων ετών οι μαύρες τρύπες λόγω του πειράματος θα αυξηθούν εκθετικά και θα «καταβροχθίσουν» τον πλανήτη εκ των έσω.
Πάντως, το κέντρο CERN πάντως έχει δώσει ουκ ολίγες εκθέσεις ασφαλείας, που απορρίπτουν τις «τρομοκρατικές» εκδοχές, τονίζοντας ότι «ο Επιταχυντής είναι ασφαλής και ότι οι εικασίες περί κινδύνων είναι σκέτη μυθοπλασία». Σύμφωνα με την έκθεση του CERN, «η φύση έχει ήδη πραγματοποιήσει το ισοδύναμο εκατοντάδων χιλιάδων πειραμάτων στη Γη και ο πλανήτης μας υπάρχει ακόμα».
Παράλληλα, η αναφορά αξιολόγησης ασφαλείας του πειράματος, με την οποία συμφωνεί το Ινστιτούτο Φυσικής του Λονδίνου, διαπίστωσε ότι ακόμα και αν δημιουργηθούν μαύρες τρύπες, θα είναι μικροσκοπικές και θα διαλυθούν σχεδόν αμέσως λόγω ανεπαρκούς ενέργειας.
Το πείραμα της γέννησης του σύμπαντος θα μεταδοθεί ζωντανά από την ιστοσελίδα του κέντρου ερευνών CERN και από κρατικά τηλεοπτικά δίκτυα πολλών ευρωπαϊκών χωρών.