Ηλεκτρονικο Περιοδικο των Εκπαιδευτηριων Ι. ΤΣΙΑΜΟΥΛΗ

Μποζόνιο Higgs – Το σωματίδιο του Θεού

της Κωνσταντίνας Μητσιγιώργη

 

Πρόλογος – Μποζόνιο Higgs

«Οι ερευνητές βρίσκονται πιο κοντά από ποτέ και δηλώνουν 99% σίγουροι ότι το έχουν εντοπίσει.»

1.1

Το μποζόνιο Higgs είναι ένα στοιχειώδες σωματίδιο, η ύπαρξη του οποίου προτάθηκε θεωρητικά το 1964 από τον Άγγλο Peter Higgs, από τον οποίο πήρε το όνομά του, και δύο ακόμη ομάδες θεωρητικών φυσικών. Το σωματίδιο Higgs, ή σωματίδιο του Θεού όπως αλλιώς ονομάζεται, είναι ένα μποζόνιο που θεωρείται πως έχει ήδη ανακαλυφθεί πειραματικά. Το μποζόνιο αυτό φαίνεται να βρίσκεται στο ενεργειακό φάσμα μεταξύ 115 – 127 GeV, (με τα 125GeV να αντιστοιχούν σε μάζα ίση με 133 πρωτονίων).

Δηλαδή έχει μάζα περίπου 222,5×10-27kg (= 0,0000000000000000000000002225 κιλά).

1.2

Το συγκεκριμένο σωματίδιο αποτελεί μέρος μίας θεωρίας που προσπαθεί να εξηγήσει πώς αποκτούν μάζα τα σωματίδια. Η θεωρία προτείνει ότι υπάρχει ένα πεδίο ενέργειας Higgs σε όλο το Σύμπαν. Καθώς τα σωματίδια κινούνται μέσα του, αλληλεπιδρούν και προσελκύουν μποζόνια Higgs, τα οποία συγκεντρώνονται γύρω τους σε ποικίλους αριθμούς. Εάν φανταστεί κανείς το Σύμπαν σαν ένα πάρτι, σχετικά άγνωστοι μεταξύ τους καλεσμένοι μπορούν να διασχίσουν ένα δωμάτιο χωρίς να γίνουν αντιληπτοί, ενώ οι πιο δημοφιλείς θα προσελκύσουν ομάδες φίλων (τα μποζόνια Higgs), οι οποίοι θα τους αναγκάσουν να επιβραδύνουν την πορεία τους. Το ίδιο ισχύει για σωματίδια που κινούνται στο πεδίο Higgs, καθώς κάποια θα προσελκύουν μεγαλύτερες συναθροίσεις μποζονίων Higgs, αποκτώντας μεγαλύτερη μάζα.

 

Ανακάλυψη

Για πολλούς μήνες οι επιστήμονες κυνηγούσαν το μποζόνιο Higgs προκαλώντας συγκρούσεις πρωτονίων μέσα σε πεδία υψηλής ενέργειας στον κόστους 8 δισ. ευρώ Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων του CERN στην Γενεύη της Ελβετίας.

Τον Δεκέμβριο του 2011 οι ερευνητές στα δύο ανεξάρτητα πειράματα ATLAS και CMS, στον Μεγάλο Επιταχυντή, είχαν ανακοινώσει ότι βρήκαν ενδείξεις ύπαρξης του μποζονίου Higgs.

1.3

Στις 4 Ιουλίου 2012, οι επιστήμονες του CERN επιβεβαίωσαν την ανακάλυψη ενός νέου σωματιδίου με μάζα 125 GeV. Αυτό το σωματίδιο εικάζεται ότι είναι μποζόνιο και μάλιστα το βαρύτερο που έχει βρεθεί. Εικάζεται ότι το νέο σωματίδιο έχει χαρακτηριστικά του σωματίου Higgs, με επιφύλαξη ώσπου να φανεί ότι φέρει πράγματι και τις λοιπές, θεωρητικά, προβλεπόμενες ιδιότητές του.

Προσφάτως ανακοινώθηκε πως η ανάλυση των ιχνών ενός στοιχειώδους σωματιδίου που ανακαλύφθηκε στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN το καλοκαίρι του 2012 έδειξε ισχυρές ενδείξεις ότι είναι το μποζόνιο του Higgs.

 

Παραγωγή

Για την παραγωγή μποζονίων Higgs, δύο δέσμες σωματιδίων επιταχύνονται σε πολύ υψηλές ενέργειες και αφήνονται να συγκρουστούν μέσα σε έναν ανιχνευτή σωματιδίων. Μερικές φορές, αν και σπάνια, ένα μποζόνιο Higgs θα δημιουργηθεί φευγαλέα ως μέρος των υποπροϊόντων της σύγκρουσης. Επειδή το μποζόνιο Higgs διασπάται πολύ γρήγορα, ο ανιχνευτής σωματιδίων δεν μπορεί να το ανιχνεύσει άμεσα. Αντ’ αυτού ο ανιχνευτής καταγράφει όλα τα προϊόντα της decay signature και από τα δεδομένα ανακατασκευάζεται η διαδικασία διάσπασης. Αν τα προϊόντα διάσπασης που παρατηρήθηκαν ταιριάζουν με την πιθανή διαδικασία διάσπασης ενός μποζονίου Higgs, πιθανολογείται ότι δημιουργήθηκε.

1.4

Η σημασία της ανακάλυψης

Όπως είναι γνωστό, το κάθε υλικό αποτελείται από άτομα. Το κάθε άτομο αποτελείται από έναν πυρήνα γύρω από τον οποίο κινούνται τα ηλεκτρόνια. Ο κάθε πυρήνας με τη σειρά του αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Αντίστοιχα, τα πρωτόνια αποτελούνται από τα QUARKS. Βλέπουμε, λοιπόν, ότι όσο «μπαίνουμε πιο βαθιά» μέσα στα σώματα έχουμε διάφορα στοιχειώδη σωματίδια που η αλληλεπίδραση μεταξύ τους δημιουργεί νέα σωματίδια. Η Φυσική που ασχολείται με τη δομή αυτή και με τα διάφορα στοιχειώδη σωμάτια ονομάζεται Φυσική των Στοιχειωδών Σωματιδίων.

1.5

Η επιστήμη δουλεύει με βάση την παρακάτω μέθοδο. Παρατηρείς ένα φαινόμενο, προτείνεις μοντέλα που να το ερμηνεύουν τα οποία επιβεβαιώνεις με πειράματα και έπειτα, με βάση αυτά, κάνεις προβλέψεις για νέα φαινόμενα, τα οποία προσπαθείς να ανακαλύψεις και να μελετήσεις. Έτσι και στη Φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων γίνονται οι παρατηρήσεις (πρωτόνια, νετρόνια, quarks κ.λπ.) οι οποίες προσεγγίζονται με μια θεωρία που ονομάζεται «Καθιερωμένο Μοντέλο».

Η ενδεχόμενη ανακάλυψη του μποζονίου του Higgs – ενδεχόμενη, γιατί σύμφωνα με τους επιστήμονες του CERN, χρειάζεται να μελετήσουν παραπέρα και συνολικά τις ιδιότητες του σωματιδίου που ανακαλύφθηκε, για να είναι σίγουροι ότι πρόκειται για το σωματίδιο Higgs του «Καθιερωμένου Μοντέλου» – είναι λοιπόν σημαντική γιατί θα δώσει απαντήσεις σε ανοιχτά ζητήματα της θεωρίας του «Καθιερωμένου Μοντέλου».

Όμως, ακόμα και αν το σωματίδιο που ανακαλύφθηκε δεν είναι το μποζόνιο το οποίο ψάχνεται, ανοίγονται νέες προοπτικές για τη Φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων όσο και γενικότερα της επιστήμης. Κάνουμε άλλο ένα βήμα στο να προχωρήσουμε ακόμα πιο βαθιά στη μελέτη της φύσης.

 

Γιατί ονομάστηκε «σωματίδιο του θεού»;

Το πασίγνωστο προσωνύμιο του «μαγικού» αυτού σωματιδίου δημιουργήθηκε για τον τίτλο ενός βιβλίου του νομπελίστα φυσικού Λέον Λέντερμαν. Ωστόσο υπάρχουν φήμες που λένε πως αυτό έγινε παρά τη θέλησή του, καθώς ο ίδιος ήθελε να το ονομάσει «διαολεμένο σωματίδιο» διότι πολύ απλά «κανείς δεν μπορούσε να το βρει». Ο ίδιος, στο βιβλίο του «God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?», στη σελίδα 22, γράφει: «Αυτό το μποζόνιο είναι τόσο καίριο για την φυσική σήμερα, για την κατανόηση της δομής της ύλης, όμως τόσο φευγαλέο και «άπιαστο» και έτσι το ονόμασα Σωματίδιο του Θεού. Γιατί σωματίδιο του Θεού; Για δυο λόγους. Πρώτον, ο εκδότης δεν μας άφηνε να το ονομάσουμε Διαολεμένο Σωματίδιο, αν και αυτή η ονομασία είναι πιο ταιριαστή, λόγω της «αχρείας» φύσης του και των εξόδων που το ίδιο έχει προκαλέσει. Και δεύτερον, υπάρχει μια συσχέτιση με ένα άλλο βιβλίο, ένα πολύ παλαιότερο…» .

1.6

Όμως ο καθηγητής Peter Higgs, εξηγεί την δυσαρέσκειά του γι αυτόν τον χαρακτηρισμό σε μια συνέντευξη του στο BBC: «Κατ’ αρχήν είμαι άθεος. Επιπρόσθετα, γνωρίζω ότι αυτό ξεκίνησε ως αστείο και μάλιστα όχι και τόσο πετυχημένο. Το να το ονομάζουν έτσι είναι τελείως παραπλανητικό».

 

Η Θρησκεία και το σωματίδιο Higgs

Τι είναι τελικά το περίφημο «σωματίδιο του Θεού»; Είναι κάτι που σχετίζεται με τη θρησκεία; Πολύ περισσότερο, μήπως είναι κάτι που καταρρίπτει την πίστη στο Θεό και την πεποίθηση ότι υπάρχει Δημιουργός στο σύμπαν; Σύμφωνα με τις πληροφορίες, οι ερευνητές βρίσκονται πιο κοντά από ποτέ και δηλώνουν 99% σίγουροι ότι το έχουν εντοπίσει. Όπως έγινε γνωστό, «κλειδί» στην κατανόηση του τρόπου δημιουργίας του Σύμπαντος είναι το μποζόνιο του Higgs, του οποίου ο ρόλος είναι να προσδίδει μάζα στα άτομα.

Το «σωματίδιο του Θεού» λοιπόν είναι η συμβατική ονομασία που δόθηκε στο πρωταρχικό σωματίδιο του σύμπαντος.

Η ανακάλυψη του σωματιδίου πάντως δεν έχει να πει τίποτε απολύτως για το αν υπάρχει Θεός Δημιουργός ή όχι. Απλώς θα εξηγήσει πώς έγιναν τα πράγματα, αφήνοντας όμως κατά μέρος το «γιατί» έγιναν και το «από ποιον» έγιναν, καθώς και το αν έγιναν «από Κάποιον» ή όχι. Η απάντηση πολλών επιστημόνων, ότι έγιναν «τυχαία», δεν είναι επιστημονική απάντηση, αλλά δίνεται εξαιτίας των δικών τους θρησκευτικών (αθεϊστικών ή αγνωστικιστικών) πεποιθήσεων.

Πηγές πληροφοριών:

http://el.wikipedia.org/, http://www2.rizospastis.gr/, http://www.in2life.gr/,

http://o-nekros.blogspot.gr/, http://www.ethnos.gr/, http://www.tanea.gr/,

http://www.tovima.gr/

Η Κωνσταντίνα Μητσιγιώργη είναι μαθήτρια της Β΄ Λυκείου των Εκπαιδευτηρίων Ι. Τσιαμούλη.

1.7

Advertisements

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Αρέσει σε %d bloggers: