Το 'σωματίδιο του θεού' - μποζόνιο Higgs - μπορεί να το έχουμε δει

Από την ιστοσελίδα του BBC, 10 Μαρτίου 2004

Ένας φυσικός του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, ο Peter Renton, ισχυρίζεται ότι ένα από τα πιο αναζητημένα σωματίδια στη φυσική - το μποζόνια Higgs - μπορεί να είχε βρεθεί από τους ερευνητές σε ένα πείραμα στο CERN, αλλά τα αποδεικτικά στοιχεία είναι ακόμα σχετικά ασθενή.

Το μποζόνιο Higgs μπορεί να εξηγήσει γιατί όλα τα άλλα σωματίδια έχουν μάζα και φυσικά είναι θεμελιώδες για την πλήρη κατανόηση της ύλης. Η αποτίμηση του Renton για την έρευνα του Higgs δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature.

"Τα στοιχεία δείχνουν κάτι, αλλά υπάρχει αμφιβολία εάν είναι το μποζόνιο Higgs", αναφέρει ο Renton, ένας φυσικός σωματιδίων στην Οξφόρδη.

"Βεβαίως, είναι συμβατό με το μποζόνιο Higgs, αλλά μόνο μια άμεση παρατήρηση θα το έδειχνε".

Εάν είναι σωστή η αξιολόγηση του Renton, τότε η μάζα του άπιαστου σωματιδίου θα ήταν 115 GeV.

Ασταθές σωματίδιο

Η αξιολόγηση προέρχεται από ένα σήμα που λήφθηκε στο μεγάλο συγκρουστή ποζιτρονίου-ηλεκτρονίου (LEP) στη Γενεύη, ο οποίος έχει αποσυναρμολογηθεί τώρα, γιατί οι επιστήμονες προετοιμάζουν τον αντικαταστάτη του - το Μεγάλο Συγκρουστή Αδρονίων (LHC).

Εντούτοις, υπάρχει μια πιθανότητα 9% ότι το σήμα θα μπορούσε να είναι υπόβαθρο "θόρυβου".

Προτού να αφοπλιστεί ο επιταχυντής LEP, οι φυσικοί το χρησιμοποίησαν για να συγκρουστούν μεταξύ τους ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια, τα οποία κινούνταν προς αντίθετη κατεύθυνση με μεγάλη ταχύτητα μέσα σε ένα κυκλικό σωλήνα - διαμέτρου 27km - προς αντίθετες κατευθύνσεις.

Όταν συγκρούστηκαν, δημιούργησαν ριπές σωματιδίων υψηλής ενέργειας. Τέτοιες συγκρούσεις, αυτές καθαυτές, είναι πάρα πολύ μικρές για να μελετηθούν, αλλά μπορούν να εμφανιστούν μεταξύ των συντριμμιών νέα και βαρύτερα σωματίδια.

Το μποζόνιο Higgs θεωρείται ιδιαίτερα ασταθές και, μόλις παραχθεί, πρέπει γρήγορα να διασπαστεί.

Ο Renton αναφέρει ότι έμμεσα στοιχεία, που λήφθηκαν από παρατηρήσεις πάνω στη συμπεριφορά άλλων σωματιδίων στους συγκρουστές, δείχνουν ότι η μάζα του Higgs είναι 115 GeV.

"Είναι αμφισβητήσιμο αποτέλεσμα. Τα δεδομένα είναι ενδεχομένως ενδεικτικά, αλλά χρειάζεται επιβεβαίωση", λέει ο Bryan Webber, καθηγητής της θεωρητικής φυσικής στο πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ.

"Η μάζα του είναι σωστή στη μέγιστη ενέργεια που θα μπορούσαν να τρέξει στο LEP. Αλλά οι έμμεσες ενδείξεις είναι ότι το μποζόνιο Higgs πρέπει να είναι κοντά σε αυτή τη τιμή".

Χορηγός μάζας

Οι φυσικοί έχουν παρατηρήσει 16 σωματίδια που αποτελούν όλη την ύλη στο Καθιερωμένο Μοντέλο των θεμελιωδών σωματιδίων και αλληλεπιδράσεων.

Αλλά ο αριθμός 16 δεν συμφωνεί αρκετά με ένα σωστό Καθιερωμένο Μοντέλο, αν αυτά τα σωματίδια θεωρηθούν μόνα. Εάν υπήρχαν μόνο 16 σωματίδια, δεν θα είχαν καμία μάζα - κάτι που έρχεται σε αντίθεση με ό,τι ξέρουμε στον κόσμο.

Πρέπει δηλαδή να υπάρχει ένα άλλο σωματίδιο για να τους δώσει αυτή τη μάζα. Για πρώτη φορά εισήχθη ένα νέο σωματίδιο από τον φυσικό Peter Higgs, του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου και τους συναδέλφους του προς το τέλος της δεκαετίας του '60.

Στη θεωρία τους όλα τα σωματίδια αποκτούν τη μάζα τους μέσω αλληλεπιδράσεων με ένα πεδίο, που λέγεται πεδίο Higgs, που μεταφέρεται από το μποζόνιο Higgs.

Η σημασία του Higgs στο Καθιερωμένο Μοντέλο έχει οδηγήσει μερικούς να το βαφτίσουν το "σωματίδιο του Θεού".

Ο Renton ανέφερε ότι ελπίζει ότι μόλις τεθεί σε λειτουργία ο Μεγάλος Συγκρουστής Αδρονίων (LHC) το 2007, το μποζόνιο Higgs θα ανιχνευθεί μέσα σε ένα ή δύο χρόνια. Ή στον επιταχυντή Tevatron στο Fermilab.

Ο LHC θα είναι μεγαλύτερος επιταχυντής, που θα επιτρέψει να εξερευνηθεί ένα μεγαλύτερο εύρος μάζας. Θα είναι επίσης ικανός να παράγει δέσμες σωματιδίων με μεγαλύτερη ενέργεια,  που σημαίνει ότι τα αποδεικτικά στοιχεία μπορούν να υπολογιστούν πολύ γρηγορότερα.

Γιατί το Higgs πρέπει να υπάρχει

Το 1960 δύο φυσικοί o Steven Weinberg, και Abdus Salam ανακάλυψαν πως τα σωματίδια φορείς της ασθενούς δύναμης W⁺, W^- και Z μπορεί να έχουν μάζα χωρίς όμως να σπάει η βασική συμμετρία βαθμίδας της ασθενούς δύναμης. Χωρίς να εισαχθεί μία μάζα στη θεωρία -στις εξισώσεις της- θα μπορούσε να δημιουργείται αυτόματα (αυθόρμητα) μάζα ως αποτέλεσμα κάποιων αλληλεπιδράσεων στο πεδίο των ασθενών δυνάμεων, δηλαδή μέσω της ρήξης της βασικής συμμετρίας.

Είναι γνωστό ότι επειδή το φωτόνιο (φορέας της   ηλεκτρικής δύναμης) δεν έχει μάζα, έπρεπε και τα W⁺, W^- και Z να μην έχουν για να επιτευχθεί η ενοποίηση των ασθενών με τις ηλεκτρικές.

Για να επιτευχθεί αυτό το αποτέλεσμα οι δύο Φυσικοί εισήγαγαν ένα επιπλέον κβαντικό πεδίο προς τιμήν του Peter Higgs, που πρώτος έδωσε αυτή την ιδέα.

Τα κβάντα Higgs είναι μποζόνια χωρίς spin και μάζα αμφισβητούμενη. Αν είναι 'ελαφρύ' θα το δούμε στον LEP, ενω αν είναι 'βαρύ' στο SSC (Superconducting Super-Collider) των ΗΠΑ. Μέσω του Higgs ίσως αποκτούν μάζα τα W⁺, W^- και Z.

Το Καθιερωμένο Μοντέλο των Σωματιδίων

Το Καθιερωμένο Μοντέλο ήταν ο θρίαμβος της σωματιδιακής φυσικής της δεκαετίας του 1970. Περικλείει όλα όσα γνωρίζουμε μέχρι τώρα και έχει από τότε προβλέψει με επιτυχία τι  θα συμβεί σε μια μεγάλη ποικιλία πειραμάτων. Σήμερα, το Καθιερωμένο Μοντέλο είναι μια βαθιά ριζωμένη θεωρία με εφαρμογές πάνω σε μια ευρεία περιοχή συνθηκών.