Το σωματίδιο-κλειδί ξεφεύγει της παρατήρησης

Από σελίδα του NewScientist, 26 Ιουνίου 2003

Το πιο άπιαστο σωματίδιο στη φυσική ξεφεύγει ακόμα από την παρατήρηση. Αν μπορούσαμε να δούμε το μποζόνιο Higgs, ή αν είχαν παρουσιαστεί αποδείξεις ότι δεν υπάρχει, θα είχαμε κάνει ένα τεράστιο βήμα για την κατανόηση της ερώτησης των φυσικών, γιατί έχει μάζα ο κόσμος μας.

Αλλά οι νέες προβλέψεις από το Fermilab, που φιλοξενεί έναν από τους ισχυρότερους, σε παγκόσμιο επίπεδο, επιταχυντή σωματιδίων, έχουν αποθαρρύνει τους επιστήμονες για την επίτευξη αυτού του στόχου, για τα επόμενα, τουλάχιστον, έξι χρόνια.

Η τρέχουσα κατανόηση του Σύμπαντος συνοψίζεται στο Καθιερωμένο μοντέλο των φυσικών, αλλά όμως αυτό στερείται οποιασδήποτε εξήγησης γιατί τα σωματίδια έχουν μάζα. Η δημοφιλής θεωρία Higgs λέει ότι ένα "πεδίο Higgs" εισχωρεί στο Σύμπαν και τροφοδοτεί την ύλη με μάζα, μέσω της επίδρασης των σωματιδίων Higgs.

Έτσι η εύρεση του σωματιδίου έχει γίνει πρωτεύον θέμα αλλά και επείγων: η ανακάλυψή του θα επιβεβαίωνε τη θεωρία, ενώ η μη ύπαρξη του θα άνοιγε το δρόμο για μια νέα θεωρία. Για παράδειγμα θεωρίες περισσοτέρων διαστάσεων.

"Είναι μια από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις στην επιστήμη," λέει ο Al Goshaw, πρώην εκπρόσωπος για μία από τις συνεργασίες που τρέχουν στον επιταχυντή στο Tevatron του Fermilab στην Μπαταβία του Ιλλινόις.

Πίδακες σωματιδίων

Τα προηγούμενα πειράματα έχουν εμφανίσει ότι εάν το Higgs υπάρχει, πρέπει να έχει μια μάζα μεταξύ 114 και 211 GeV. Η πρόκληση για τους επιστήμονες είναι να επισημανθεί η μάζα μέσα σε αυτό το ενεργειακό παράθυρο, ή να ανιχνευθεί ολόκληρο το παράθυρο και να δειχτεί ότι το Higgs δεν είναι εκεί. Οι φυσικοί το επιτυχαίνουν συνθλίβοντας τα σωματίδια μαζί σε διαφορετικές ενέργειες και διερευνώντας τους πίδακες

των σωματιδίων που δημιουργούνται.

Το 2000, οι ερευνητές στο μεγάλο συγκρουστή ποζιτρονίων ηλεκτρονίων (LEP) στο Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN) στην Ελβετία, έπιασαν την οσμή του Higgs με μια μάζα 115 GeV, ακριβώς προτού αποσυναρμολογήσουν το LEP. Αλλά οι στατιστικές τους δεν ήταν αρκετά καλές για να βγάλουν οποιαδήποτε σταθερά συμπεράσματα.

Με το νέο επιταχυντή του CERN, το μεγάλο Συγκρουστή Αδρονίων (LHC), που μάλλον θα ξεκινήσει να τρέχει το 2007, οι εκεί επιστήμονες αναγκάστηκαν να περάσουν το μπαλάκι στον Tevatron του Fermilab.

Στο Tevatron, οι φυσικοί συνθλίβουν μαζί δέσμες πρωτονίων και αντιπρωτονίων και αναλύουν τα προϊόντα της σύγκρουσης για ίχνη του Higgs. Τα σωματίδια Higgs είναι δύσκολο να διακριθούν από το θόρυβο του υποβάθρου, έτσι είναι ανάγκη να υπάρχει ένα υψηλό ποσοστό συγκρούσεων για ένα καθαρό σήμα.

Ακτίνες αντιπρωτονίων

Μέχρι την περασμένη εβδομάδα οι ερευνητές του Tevatron θεωρούσαν ότι θα ήταν σε θέση να παραγάγουν αρκετές συγκρούσεις σε αρκετά υψηλές ενέργειες για να επιβεβαιώσουν ή να απορρίψουν τα σήματα του συγκρουστή LEP σε λίγα χρόνια. Αλλά οι εκτιμήσεις της πιθανής μελλοντικής δραστηριότητας του Tevatron, που έχουν περάσει τώρα στο Αμερικανικό τμήμα Ενέργειας, το οποίο παρέχει και τη χρηματοδότησή του, αποκαλύπτουν ότι αυτό είναι ιδιαίτερα απίθανο.

Εάν οι εκτιμήσεις είναι σωστές, θα είναι ουσιαστικά αδύνατο να γίνουν αρκετές συγκρούσεις από το Tevatron για να βρεθεί ή να ανασκευαστεί το Higgs. Αν και ο συγκρουστής είναι ακόμα σε θέση να εμφανίσει ότι το Higgs δεν υπάρχει στα 115 GeV, σχεδόν σίγουρα δεν θα είναι σε θέση να αποδείξει την ύπαρξη του Higgs σε υψηλότερες ενέργειες.

Το ένα πρόβλημα είναι ότι οι ακτίνες αντιπρωτονίων, που χρησιμοποιεί ο επιταχυντής, δεν μπορούν να είναι ανακυκλούμενα αντιπρωτόνια από τα παλαιά πειράματα. Ο επιταχυντής των 20 ετών Tevatron, αισθάνεται επίσης την ηλικία του, γιατί απαιτούνται μεγάλα χρονικά διαστήματα για τις επισκευές του.

"Όλοι μας είμαστε απογοητευμένοι", λέει ο Judy Jackson του Fermilab.

Τώρα αναμένουμε το 2009 για να έχουμε τη συγκεκριμένη απόδειξη για την ύπαρξη του σωματιδίου Higgs, όταν θα πρέπει να έχει συλλέξει το LHC αρκετά στοιχεία για την αποδοχή ή την απόρριψη του Higgs στα 115 GeV. Εάν το Higgs δεν βρεθεί με αυτή τη μάζα, το LHC πρέπει επίσης να είναι γίνει αρκετά ισχυρός για να ανιχνεύσει τις πιθανές μάζες μέχρι τα 211 GeV.