ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΗΣ ΚΟΣΜΟΓΟΝΙΑΣ ΣΤΟ CERN

*** 28/3/08 after 19:00 TUNE IN: http://doremi.listen2myradio.com

Ο Μάιος του 2008 αναμένεται να είναι συναρπαστικός για τους φυσικούς. Περιμένουν να δουν την αναπαράσταση της Μεγάλης Έκρηξης, σωματίδια να κινούνται κοντά στην ταχύτητα του φωτός, να παράγεται αντι-ύλη, την πιθανή δημιουργία μίνι μαύρων οπών, την ανακάλυψη άγνωστων μέχρι σήμερα σωματιδίων, όπως του σωματιδίου Higgs ή του Θεού και των υπερσυνεργατών (superpartners) των γνωστών σωματιδίων, την παρουσία νέων κρυμμένων διαστάσεων, την επιβεβαίωση της θεωρίας των υπερχορδών, ποιές είναι οι θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις που λαμβάνουν χώρα μεταξύ των βασικών σωματιδίων της ύλης και βάσει ποιων μηχανισμών προέκυψε η πληθώρα των δομών που υπάρχουν σήμερα στο σύμπαν, κι άλλα πολλά συναρπαστικά. Αν νομίζετε ότι όλα αυτά ανήκουν στη σφαίρα της φαντασίας, προφανώς δεν έχετε ακούσει για τα όσα συνταρακτικά αναμένεται να συμβούν στο CERN από το καλοκαίρι.

Μετά από δεκαετίες ερευνών, 15 χρόνια κατασκευής με κόστος πάνω από 3,5 δισεκατομμύρια ευρώ, με συμμετοχή 26 κρατών απ’ όλον τον κόσμο, 500 πανεπιστημιακών ιδρυμάτων και περίπου 6.500 επιστημόνων – δηλαδή σχεδόν το 50% των επιστημόνων σ’ όλο τον κόσμο που ασχολούνται με τα σωματίδια – το CERN με την κατασκευή του μεγαλύτερου επιταχυντή πρωτονίων στον κόσμο LHC μπαίνει στην πρωτοπορία της αναζήτησης για μεγαλύτερη γνώση, μιας αναζήτησης που έχει τις ρίζες της στον χαρακτήρα του ανθρώπου. Την αναζήτηση του αγνώστου και την εξήγηση της Φύσης.

Τέλος ας σημειώσουμε ότι η Ελλάδα συμμετέχει σε τρία από τα τέσσερα πειράματα του LHC: ALICE, ATLAS και CΤΗΣ. Εκατόν είκοσι οκτώ ανιχνευτές μιονίων από τους συνολικά 1.200 του φασματομέτρου μιονίων του ATLAS έχουν κατασκευαστεί στη Θεσσαλονίκη. Πρόκειται για το 10% του φασματομέτρου που πιστεύουμε οτι θα “βρει“ το σωματίδιο Higgs. Είναι αποτέλεσμα συνεργασίας πολλών ερευνητών και τεχνικών από πέντε ιδρύματα (ΕΜΠ, Πανεπιστήμια Θεσσαλονίκης, Ιωαννίνων, Αθηνών και Κέντρο Ερευνών Δημόκριτος), και από τις σπάνιες περιπτώσεις όπου όλοι εργάστηκαν με σύμπνοια για την επιστήμη και τη χαρά της δημιουργίας.

Ετοιμαστείτε λοιπόν να δείτε το μεγαλύτερο πείραμα της Ιστορίας της Φυσικής σε κόστος, σε τεχνολογία, σε μέγεθος και σε φιλοδοξίες. Οι μηχανές του ήδη ξεκίνησαν την δοκιμαστική τους λειτουργία για να είναι έτοιμες να μπουν μπροστά το καλοκαίρι.

Από την ιστορία του CERN

Το CERN – γεννήθηκε στη Γενεύη της Ελβετίας το 1954 από 12 ευρωπαϊκές χώρες μεταξύ των οποίων και η Ελλάδα – ήταν ένας από τους πρώτους οργανισμούς προς την κατεύθυνση της διευρωπαϊκής ένωσης και συνεργασίας. Σήμερα, απαρτίζεται όχι μόνο από τα κράτη-μέλη της ΕΕ (βασικά μέλη), αλλά ταυτόχρονα συμμετέχουν ενεργά οι ΗΠΑ, Ινδία, Ισραήλ, Ρωσία, Ιαπωνία, Τουρκία και η UNESCO. Πρόκειται για ένα πανανθρώπινο εγχείρημα, που ως βασικό αντικείμενο ερευνών του ήταν και είναι τα στοιχειώδη σωματίδια, οι δομικοί λίθοι που απαρτίζουν την ύλη, όπως και οι δυνάμεις που τα διέπουν. Δηλαδή έργο του CERN είναι η καθαρή επιστήμη, η διερεύνηση των πλέον θεμελιωδών ερωτημάτων για τη Φύση: Τι είναι η ύλη; Από πού προέρχεται; Πως συγκρατείται για να σχηματίσει άστρα, πλανήτες και ανθρώπινα όντα;

Ο πρώτος επιταχυντής σωματιδίων του CERN ήταν ένα συγχρο-κύκλοτρο πρωτονίων, ισχύος 600 MeV που τέθηκε σε λειτουργία το 1957. Από τις πρώτες του επιτυχίες ήταν η παρατήρηση της μετατροπής ενός πιονίου σε ένα ηλεκτρόνιο και ένα νετρίνο. Ακολούθησε το 1959 το σύγχροτρο πρωτονίων (PS) που λειτούργησε το 1959, με ισχύ 28 GeV.

Το 1965 οι εγκαταστάσεις του CERN επεκτάθηκαν προκειμένου να δημιουργηθεί ο πρώτος παγκοσμίως συγκρουστής πρωτονίων (ISR).

Το 1967 δόθηκε σε λειτουργία το ISOLDE, ένας διαχωριστής ισοτόπων που επέτρεπε τη μελέτη βραχύβιων πυρήνων.

Το 1973 ήταν η χρονιά των πρώτων σημαντικών ανακαλύψεων. Πειράματα στο ISR δείχνουν ότι τα πρωτόνια μεγεθύνονται όταν αυξάνεται η ενέργειά τους. Ο θάλαμος φυσαλίδων υδρογόνου αποκαλύπτει ότι τα νετρίνα μπορούν να αλληλεπιδράσουν με άλλα σωματίδια αλλά να παραμείνουν νετρίνα. Αυτή η ανακάλυψη των «ουδέτερων ρευμάτων» δίνει τη μεγαλύτερη ώθηση σε μια νέα θεωρία, που επιχειρεί να ενοποιήσει το μοντέλο της ασθενούς πυρηνικής δύναμης με εκείνο της ηλεκτρομαγνητικής.

Το 1976 τίθεται σε λειτουργία ένα δεύτερο εργαστήριο, με ένα σύγχροτρο πρωτονίων επτά χιλιομέτρων, το SPS. Ως τα τέλη του 1978 η ισχύς του SPS αναβαθμίζεται στα 500 GeV. Τη χρονιά εκείνη δοκιμάστηκε πειραματικά και η «τεχνική στοχαστικής ψύξης» που είχε διατυπώσει ο ερευνητής του CERN Simon van der Meer το 1968. Χάρη στην εξέλιξη αυτή αρχίζει ο σχεδιασμός της μετατροπής του SPS σε έναν συγκρουστή πρωτονίων και αντιπρωτονίων, χρησιμοποιώντας έναν δακτύλιο συσσώρευσης αντιπρωτονίων (AA).

Ως τo 1978 η ισχύς του σύγχροτρου PS αναβαθμίζεται, φθάνοντας το χιλιαπλάσιο της αρχικής ισχύος. Με αυτό ως κεντρικό επιταχυντή, το CERN διαθέτει πλέον ένα μοναδικό σύστημα συνδεδεμένων επιταχυντών, που επιτρέπει απαράμιλλη ποικιλία πειραμάτων.

Το 1981 η μετατροπή του SPS ολοκληρώνεται και τα πρώτα δύο πειράματα μελέτης συγκρούσεων μεταξύ ύλης και αντιύλης λαμβάνουν χώρα τον Ιούλιο του 1981. Κατά τη σημαντική αυτή χρονιά αποφασίζεται η κατασκευή ενός Μεγάλου συγκρουστή ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων (του LEP – Large Electron-Positron collider), με αρχική ενέργεια 50 GeV.

Το 1983 γίνεται η ιστορική ανακάλυψη των μποζονίων W και Ζ, των φορέων δηλαδή της ασθενούς πυρηνικής δύναμης, οπότε επιβεβαιώνεται η «ηλεκτρασθενής» θεωρία που συνδυάζει την ασθενή και την ηλεκτρομαγνητική δύναμη σε ενιαίο πρότυπο.

Τον Αύγουστο του 1989 αρχίζει να λειτουργεί ο LEP και ως τον Οκτώβριο μας δίνει μετρήσεις που καταδεικνύουν ότι τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία της ύλης ανήκουν σε τρεις οικογένειες στοιχείων.

Το 1990 είναι η χρονιά της εφεύρεσης του WW από τον ερευνητή του CERN Tim Berners-Lee μαζί με τον Robert Cailliau. Ο παγκόσμιος ιστός ή World Wide Web επιτρέπει σε όλους μας την πλοήγηση στο Internet.

Το 1991 οι αντιπρόσωποι των κρατών-μελών συμφωνούν ομόφωνα ότι η κατασκευή ενός Μεγάλου Επιταχυντή Συγκρουόμενων Δεσμών Αδρονίων (του Large Hadron Collider – LHC) μέσα στο τούνελ του LEP είναι η σωστή προοπτική για το μέλλον. Η τελική έγκριση κατασκευής δίνεται το 1994.

Τον Σεπτέμβριο του 1995 μια διεθνής ομάδα ερευνητών υπό τον Walter Oelert κατορθώνει να συνθέσει άτομα αντιύλης από τα συστατικά της αντισωματίδια. Είναι η πρώτη πόρτα που ανοίγεται στην εξερεύνηση του αντικόσμου. Τη χρονιά αυτή η Ιαπωνία γίνεται μέλος-παρατηρητής του CERN και την ακολουθούν οι ΗΠΑ, το 1997.

Το 2000 τα πειράματα του CERN δίνουν πειστικές ενδείξεις ότι υπάρχει μια νέα κατάσταση της ύλης, 20 φορές πυκνότερη εκείνης του πυρήνα, στην οποία τα κουάρκ αντί να συσπειρώνονται σε πρωτόνια ή νετρόνια κινούνται ελεύθερα. Αυτή η κατάσταση, το πλάσμα κουάρκ και γλουονίων, θα πρέπει να υπήρχε κάποια μικροδευτερόλεπτα μετά την κοσμογονική έκρηξη (το Μπιγκ Μπανγκ), προτού αρχίσουν να σχηματίζονται τα σωματίδια της ύλης.

To 2001 το CERN ανακοινώνει τα τελικά αποτελέσματα των ερευνών για την άμεση «Charge Parity (CP)-violation», το ιδιαίτερο εκείνο φαινόμενο παραβίασης που εξηγεί γιατί η φύση προτιμά την ύλη από την αντιύλη. Τέλος, το 2002 ανακοινώνεται ότι επιτεύχθηκε η πρώτη ελεγχόμενη παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων ατόμων αντιυδρογόνου, σε χαμηλές ενέργειες.

Γιατί όμως η έρευνα πάνω στα στοιχειώδη σωματίδια είναι τόσο σημαντική;

Διότι οτιδήποτε μέσα στο Σύμπαν είναι φτιαγμένα από στοιχειώδη σωματίδια! Γι’ αυτόν ακριβώς το λόγο, το ερώτημα σχετικά με το ποιά είναι τα πραγματικά αδιαίρετα και αμετάβλητα στοιχεία της ύλης που συνθέτουν τα πάντα, τέθηκε εδώ και 2.500 χρόνια από τους προσωκρατικούς φιλοσόφους πρώτα, μεταξύ των οποίων ο Δημόκριτος, ο Λεύκιππος κλπ που ανέπτυξαν την ατομική θεωρία (ά-τομο = αυτό που δεν τέμνεται).

Εκτός, όμως, από το πολύτιμο θεωρητικό επίπεδο, οι έρευνες αυτές μπορούν να έχουν μακροπρόθεσμα τεράστια πρακτικά οφέλη. Φανταστείτε ότι στο τέλος του 19ου αιώνα όταν είχε ανακαλυφθεί το ηλεκτρόνιο κανένας δεν κατάλαβε την χρησιμότητα του. Σήμερα, καθώς έχουμε διαβεί τον 21ο αιώνα, κανείς δεν μπορεί πια να διανοηθεί τη ζωή χωρίς τα ηλεκτρόνια. Μεταφέρουν τον ηλεκτρισμό και μας επιτρέπουν να έχουμε από τους υπολογιστές και την τηλεόραση μέχρι το ραδιόφωνο και, κυρίως, το φως.

Κι ενώ οι επιστήμονες που μελετούν το διάστημα και το Σύμπαν έχουν ως κύρια μέσα τα τηλεσκόπια, στην περίπτωση του μικρόκοσμου οι ερευνητές των στοιχειωδών σωματιδίων χρησιμοποιούν μηχανές τεράστιου μεγέθους (μήκους πολλών χιλιομέτρων), τους λεγόμενους επιταχυντές, που δίνουν στα σωματίδια ασύλληπτα υψηλές ταχύτητες (κοντά στην ταχύτητα του φωτός) ή ενέργειες, ώστε ερχόμενα σε σύγκρουση με άλλα σωματίδια να μετουσιώνεται η ενέργεια σε ύλη ή να διασπάται η ύλη σε πιο μικρά σωματίδια. Μπορούμε επομένως να πούμε ότι οι επιταχυντές μας δίνουν μια διέξοδο προς το μικρόκοσμο, επιτρέποντας στα επιμέρους πειράματα να λειτουργήσουν ως πανίσχυρα μικροσκόπια.

Και τι πρόκειται να γίνει στο CERN από το Μάιο του 2008;

Στο CERN κατασκευάζεται από το 2000 ο μεγαλύτερος επιταχυντής πρωτονίων που έχει γίνει ποτέ μέχρι σήμερα, όπου και θα συγκρούονται πρωτόνια με πρωτόνια. Ονομάζεται LHC (Large Hadron Coller) και είναι εγκατεστημένος σε ένα τούνελ μήκους 27 χλμ., σε βάθος 100 μέτρων. Φτιαγμένο με την τελευταία λέξη της τεχνολογίας, το LHC, όπως και οι 4 ανιχνευτές όπου θα διεξάγονται διάφορα πειράματα –ATLAS, CΤΗΣ, ALICE και LHCb –, αποτελεί μερικά από τα πιο αξιόλογα μνημεία της επιστήμης των ημερών μας.


Αυτές οι διαδρομές είναι ένα παράδειγμα προσομοιώσεων σε ένα υπολογιστικό μοντέλο για τον ανιχνευτή ATLAS του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN. Αυτές οι διαδρομές θα παράγονταν εάν δημιουργηθεί μια μικροσκοπική μαύρη τρύπα κατά τη σύγκρουση πρωτονίου-πρωτονίου. Μια τέτοια μικροσκοπική μαύρη τρύπα θα διασπαστεί αμέσως σε διάφορα σωματίδια μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως ακτινοβολία Hawking.

Οι ενέργειες στις οποίες θα φτάσει το LHC είναι ασύλληπτες και πρωτόγνωρες. Οι ενέργειες και οι θερμοκρασίες που θα επιτευχθούν αντιστοιχούν σε συνθήκες που επικράτησαν στο πρώιμο σύμπαν, λίγες στιγμές μόνο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Πρόκειται, λοιπόν, για μια αναπαράσταση της γενέθλιας στιγμής της φύσης, του περίφημου Big Bang ή για την ακρίβεια μια αναπαραγωγή στο εργαστήριο των ενεργειών και των θερμοκρασιών που επικρατούσαν ένα τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Με τους προηγούμενους επιταχυντές οι ερευνητές είχαν προσεγγίσει κοντά στο 1 sec μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όμως τώρα για πρώτη φορά θα πλησιάσουν πολύ κοντά στη στιγμή μηδέν του Big Bang. Πρόκειται για έναν επιταχυντή δέκα φορές “ισχυρότερο” από οποιονδήποτε άλλο κατασκευάστηκε στο παρελθόν. Και τώρα που θα είναι ακόμα πιο κοντά στη στιγμή μηδέν αναγνωρίζουν ότι τόσο πιο απρόσμενα θα είναι και τα φαινόμενα που θα παρατηρήσουν.

Τελικά τι θα διερευνηθεί στο CERN;
Ψάχνοντας για τις 10 απαντήσεις

1. Πρώτα πρώτα την πλήρη ισχύ του Καθιερωμένου Μοντέλου του Σύμπαντος.

Τα πειράματα στον επιταχυντή του CERN θα επιτρέψουν στους φυσικούς να διαπιστώσουν κατά πόσο ο τρόπος με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε σήμερα την ύλη και τις δυνάμεις που τη διέπουν ισχύει ή όχι. Το λεγόμενο Καθιερωμένο Μοντέλο (Standard Model) με λίγα λόγια έχει ως εξής: Τα πάντα γύρω μας αποτελούνται από άτομα. Τα άτομα αποτελούνται κατά 99,99% από κενό (άρα οτιδήποτε και αν αντικρίσουμε είναι κατά 99,99% κενό). Το υπόλοιπο 0,01%, το οποίο είναι αυτό που μελετάται, αποτελείται από ηλεκτρόνια που κινούνται γύρω από πυρήνες φτιαγμένους από πρωτόνια και νετρόνια, συνθέτοντας έτσι τα άτομα. Πρωτόνια και νετρόνια, με τη σειρά τους, συνθέτονται από τα κουάρκς. Την «κόλλα» όλων αυτών των σωματιδίων αποτελούν οι δυνάμεις. Οι δυνάμεις που γνωρίζουμε είναι τέσσερις: η βαρυτική, η ηλεκτρομαγνητική, η ασθενής πυρηνική και η ισχυρή πυρηνική. Η παραπάνω περιγραφή, αν και έχει περάσει με επιτυχία όλους τους πειραματικούς ελέγχους, έχει κάποια κενά.

2. Αν υπάρχει το σωματίδιο Higgs

Η δυσκολία και ταυτόχρονα ο στόχος της σύγχρονης φυσικής είναι να περιγράψουμε τις 4 δυνάμεις- αλληλεπιδράσεις με έναν ενιαίο τρόπο, σε μια ενοποιημένη θεωρία που θα τις εξηγεί ως 4 διαφορετικές εκδηλώσεις μίας και μοναδικής δύναμης –ή και να διαψεύσουμε αυτήν την προσδοκία. Γνωρίζουμε πειραματικά σήμερα ότι οι ηλεκτρομαγνητικές και οι ασθενείς πυρηνικές αλληλεπιδράσεις σε πολύ υψηλές ενέργειες συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο και είναι δυνατόν να περιγραφούν με μία “ενοποιημένη” θεωρία. Ο “γρίφος” αυτής της θεωρίας βρίσκεται σήμερα στο μυστηριώδες σωματίδιο Higgs, που αρνείται πεισματικά να μας αποκαλυφθεί.

Δεξιά: Ένα διάγραμμα Feynman ενός τρόπου που μπορεί να παραχθεί ένα μποζόνιο Higgs στον επιταχυντή LHC. Εδώ, δύο κουάρκ που το κάθε ένα εκπέμπει μποζόνια W ή Z συνδυάζονται για να κάνουν ένα ουδέτερο Higgs.

Η βαρύτητα μπορεί να ασκεί επιρροή πάνω στη μάζα των σωμάτων, αλλά μέχρι τώρα δεν έχει εξηγηθεί γιατί τα θεμελιώδη σωματίδια έχουν τη μάζα που έχουν. Αυτό που σε θεωρητικό επίπεδο το Καθιερωμένο Μοντέλοl προβλέπει, αλλά πειραματικά δεν έχει διαπιστωθεί, είναι ότι τα σωματίδια, και άρα κάθε υλικό αντικείμενο, έχουν τη μάζα που έχουν επειδή τους τη δίνει ένα σωματίδιο, το σωματίδιο Higgs. Μεταξύ των πειραμάτων που θα γίνουν στο CERN και που θα διαρκέσουν 10 με 20 χρόνια, είναι να δούμε το σωματίδιο Higgs – αν υπάρχει και πόσα είναι.

H θεωρία προβλέπει ότι όλα τα στοιχειώδη σωματίδια αποκτούν μάζα μέσω του λεγόμενου «μηχανισμού Higgs». Ολόκληρο το σύμπαν διαπερνάται από ένα «πεδίο Higgs», το οποίο σχετίζεται με ένα τουλάχιστον σωματίδιο που δεν έχει ακόμη ανιχνευθεί, το μποζόνιο Higgs ή σωματίδιο του θεού. Σε αυτό το πλαίσιο, όλα τα σωματίδια της ύλης που γνωρίζουμε αποκτούν μάζα μέσω της αλληλεπίδρασης τους με αυτό το πεδίο. Δηλαδή, όσο περισσότερο αλληλεπιδρά ένα σωματίδιο με το πεδίο Higgs, τόσο μεγαλύτερη αντίσταση συναντά στην κίνηση του και κατά συνέπεια τόσο βαρύτερο είναι.

Η δημιουργία του σωματιδίου Higgs και η διάσπαση του σε δύο φωτόνια γ θα γίνει αν έχει μάζα με εύρος 80 – 140 GeV. Αν η μάζα του είναι της τάξης 140 έως 700 GeV τότε θα δούμε 4 μιόνια μ.

Πειράματα που είχαν γίνει παλιότερα στο CERN και νεότερα πειράματα στον Tevatron καθόρισαν τα κατώτατα όρια μάζας του σωματιδίου Higgs, ενώ θεωρητικοί υπολογισμοί με βάση τα αποτελέσματα των πειραμάτων καθόρισαν το ανώτατο όριο. Το συμπέρασμα είναι σαφές. Αν τα σωματίδια Higgs όντως υπάρχουν, τότε ο LHC μπορεί να τα εντοπίσει.

Τα πειράματα στον LEP (τον πρόγονο του νέου επιταχυντή) θεσαν ένα κατώτερο όριο μάζας για το σωματίδιο Higgs, και συγκεκριμένα τα 114,4 GeV. Από τότε, το «κυνήγι» συνεχίστηκε σε ακόμη υψηλότερες ενέργειες στον Tevatron των ΗΠΑ. Σύμφωνα με τις τελευταίες μελέτες και αναλύσεις, το ανώτατο όριο μάζας του σωματιδίου Higgs υπολογίζεται στα 144 GeV περίπου. Αυτό το ενεργειακό επίπεδο είναι μέσα στην εμβέλεια όχι μόνο του LHC αλλά και του Tevatron.

Ο επιταχυντής Tevatron έχει ήδη προχωρήσει αρκετά στην έρευνα για το σωματίδιο Higgs και οι πιθανότητες να ανιχνευθεί βελτιώνονται σταθερά. Σε τελευταία ανάλυση, όσο ελαφρύτερο είναι το σωματίδιο Higgs τόσο περισσότερο αυξάνονται και οι πιθανότητες να εντοπιστεί και στον Tevatron.

Αν το Higgs δεν υπάρχει, όλη η θεωρία της ενοποίησης των ηλεκτρασθενών δυνάμεων ανατρέπεται. Οι φυσικοί πιστεύουν ότι κάτι καινούργιο θα προκύψει από όλη αυτήν την ιστορία και γι’ αυτό υπάρχει τόσο μεγάλος ενθουσιασμός μεταξύ τους. Μπορεί να βρεθούμε μπροστά σε εκπλήξεις που ούτε καν τις φανταζόμαστε. Εξάλλου, όπως ο Stephen Hawking έχει σημειώσει, «πολλά βραβεία Νόμπελ απονέμονται όταν αποδεικνύεται πως το σύμπαν δεν είναι τόσο απλό όσο νομίζαμε!».

3. Πώς εξαφανίστηκε η αντιύλη των πρώτων στιγμών του σύμπαντος οπότε υπάρχει μόνο ύλη

Να δούμε, επίσης, αν στην αρχή του σύμπαντος δημιουργήθηκαν κι άλλοι δομικοί λίθοι εκτός από αυτούς που ήδη γνωρίζουμε. Πού πήγε η αντιύλη που υπήρχε στο Σύμπαν; Υπάρχει η σκοτεινή ύλη και σε τι μορφή; Και άλλα πολλά.

Μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η οποία συνέβη πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια παρήχθησαν σωματίδια ύλης και αντι-ύλης σε ίσες περίπου ποσότητες. Τούτο σημαίνει πως κάθε σωματίδιο (π.χ. πρωτόνιο) είχε το αντίστοιχο πανομοιότυπό του σωματίδιο (αντι-πρωτόνιο). Μεταξύ τους διαφέρουν μόνο ως προς το φορτίο που φέρουν (θετικό /αρνητικό). Στο σύμπαν μας δεν υπάρχει αντι-ύλη. Ο επιταχυντής του CERN λειτουργώντας ως χρονομηχανή που θα μας πάει πίσω στη στιγμή του Big Bang, θα προσπαθήσει να ρίξει φως στο μυστήριο της “εξαφάνισης” ερευνώντας το πώς και πρωτίστως εάν παραβιάστηκε αυτή η ισορροπία ύλης και αντι-ύλης.

Οι φυσικοί υποθέτουν ότι σχεδόν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη που δημιούργησε το σύμπαν θα πρέπει να υπήρξε μια ελάχιστη «αστάθεια» στη σχέση ύλης και αντιύλης, αφού διαφορετικά δε θα υπήρχε η ύλη που βλέπουμε γύρω μας. Η ασυμμετρία αυτή μεταξύ ύλης και αντιύλης θα μελετηθεί σε έναν από τους ανιχνευτές του LHC, σε μια προσπάθεια να κατανοηθεί γιατί το σύμπαν στο οποίο ζούμε αποτελείται από ύλη.

4. Αν υπάρχουν οι χορδές

Όμως, η μεγαλύτερη πρόκληση για το Καθιερωμένο Μοντέλο είναι ότι δε συμφωνεί με τον άλλο πυλώνα της φυσικής και της κοσμολογίας, τη Γενική θεωρία της Σχετικότητας. Η περίφημη θεωρία του Άλμπερτ Αϊνστάιν περιγράφει τη βαρυτική δύναμη, η οποία διέπει την εξέλιξη και δυναμική του σύμπαντος σε μεγάλη κλίμακα και έχει επαληθευτεί αναρίθμητες φορές με αστρονομικές παρατηρήσεις. Το πρόβλημα είναι ότι οι ηλεκτρομαγνητικές, οι ασθενείς και οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των στοιχειωδών σωματιδίων – τα οποία θεωρούνται σημειακό – πραγματοποιούνται διαμέσου της ανταλλαγής των αντίστοιχων μποζονίων τους σε ένα σημείο του χωροχρόνου, με μηδενική απόσταση μεταξύ των σωματιδίων. Στην περίπτωση όμως των σωματιδίων – φορέων της βαρυτικής αλληλεπίδρασης, των λεγόμενων βαρυτονίων, κάτι τέτοιο θα οδηγούσε μαθηματικό σε απειρισμούς, δηλαδή σε μη λογικό αποτελέσματα.

Μια θεωρητική λύση στο πρόβλημα είναι να δεχτούμε ότι οι μικρότεροι δομικοί λίθοι που συγκροτούν την ύλη δεν είναι σημειακά σωματίδια, αλλά μικρές μονοδιάστατες παλλόμενες χορδές. Αν είναι έτσι, τότε οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις δε λαμβάνουν χώρα σε ένα σημείο, αλλά σε ένα μικρό χώρο μη μηδενικού μήκους, γεγονός που οδηγεί σε μια πιο «λογική» κβαντική συμπεριφορά. Τα στοιχειώδη σωματίδια σε αυτή την περίπτωση δεν είναι τίποτε άλλο από τις «μουσικές νότες» που παράγουν οι παλλόμενες χορδές, ακριβώς όπως οι ήχοι στην κιθάρα παράγονται από την ταλάντωση των χορδών της.

5. Αν μπορεί η βαρύτητα να ενωθεί με τις υπόλοιπες δυνάμεις

Είναι ιδιαίτερα ενθαρρυντικό το γεγονός ότι υπάρχει μια συγκεκριμένη «νότα» που έχει ακριβώς τις ιδιότητες εκείνες που οι θεωρητικοί φυσικοί υπέθεταν ότι έχει το βαρυτόνιο. Αυτό σημαίνει ότι η βαρύτητα μπορεί να συμπεριληφθεί στη θεωρία, αφού έχουμε ένα ισχυρό εργαλείο ενοποίησης της με τις άλλες τρεις αλληλεπιδράσεις.

6. Αν υπάρχουν τα υπερσυμμετρικά σωματίδια

Αρχικά, οι θεωρίες των χορδών αντιμετώπιζαν ένα σοβαρό πρόβλημα: Ενώ περιέγραφαν επαρκώς τα σωματίδια-φορείς των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων, αδυνατούσαν να περιγράψουν τα στοιχειώδη σωματίδια που συγκροτούν την ύλη, αυτά που οι φυσικοί τα ονομάζουν όλα μαζί φερμιόνια. Όπως αποδείχθηκε εντέλει, για να μπορεί μια θεωρία των χορδών να συμπεριλαμβάνει και φερμιόνια στην περιγραφή του κόσμου, θα πρέπει να χαρακτηρίζεται από μια ειδική συμμετρία, γνωστή ως υπερσυμμετρία (SUSY), σύμφωνα με την οποία σε κάθε μποζόνιο (σωματίδιο-φορέας μιας αλληλεπίδρασης] αντιστοιχεί ένα φερμιόνιο, και αντίστροφα. Με άλλα λόγια, κάθε σωματίδιο-φορέας και κάθε σωματίδιο ύλης έχουν ένα υπερσυμμετρικό σωματίδιο ως ταίρι. Κάπως έτσι, ο συνδυασμός της θεωρίας της υπερσυμμετρίας και των θεωριών των χορδών οδήγησε στις θεωρίες των υπερχορδών, οι οποίες αποτελούν σήμερα μια από τις πιο ελπιδοφόρες προσπάθειες ενοποίησης των τεσσάρων αλληλεπιδράσεων της φύσης, συμπεριλαμβανομένης και της βαρύτητας. Το μειονέκτημα τους είναι ότι προϋποθέτουν την ύπαρξη επιπλέον διαστάσεων.

Αριστερά: Το διάγραμμα δείχνει τι περιμένουμε να δούμε αν όντως υπάρχουν τα υπερσυμμετρικά σωματίδια.

Δυστυχώς όμως οι υπερχορδές – αν υπάρχουν – είναι αδύνατον να ανιχνευθούν, αφού οι ποσότητες ενέργειας που θα απαιτούνταν για κάτι τέτοιο είναι εξωπραγματικές για τις τεχνολογικές μας δυνατότητες. Εντούτοις, η θεωρία των υπερχορδών θα αποκτούσε ισχυρότερα ερείσματα αν ανιχνεύονταν τα υπερσυμμετρικα σωματίδια. Μέχρι σήμερα, κανένα υπερσυμμετρικα σωματίδιο δεν έχει ανιχνευθεί, και αυτό ίσως να οφείλεται στη μεγάλη μάζα τους.

H ανακάλυψη υπερσυμμετρικών σωματιδίων ενδέχεται – ανάλογα Βέβαια και με τη μάζα τους – να προηγηθεί της ανακάλυψης των μποζονίων Higgs, καθώς η θεωρία προβλέπει ότι υπερσυμμετρικά σωματίδια σχηματίζονται σχετικά συχνά όταν συγκρούονται πρωτόνια σε υψηλά ενεργειακά επίπεδα.

Αν τώρα οι φυσικοί ανακαλύψουν υπερσυμμετρικά σωματίδια και καταφέρουν να καθορίσουν τη μάζα τους, οι κοσμολόγοι θα μπορέσουν να εισαγάγουν τη νέα πειραματικά τεκμηριωμένη παράμετρο στα μοντέλα τους για το σύμπαν. Αν οι υπολογισμοί δείξουν ότι η μάζα των υπερσυμμετρικών σωματιδίων αντιστοιχεί στην προβλεπόμενη από τα κοσμολογικά μοντέλα σκοτεινή ύλη του σύμπαντος, οι ερευνητές θα μπορούν να είναι πολύ πιο σίγουροι ότι η τελευταία αποτελείται όντως από υπερσυμμετρικά σωματίδια.

Τέλος, αν καταφέρουμε να δημιουργήσουμε υπερσυμμετρικα σωματίδια στον LHC, θα πρόκειται για μια ανακάλυψη τεράστιας σημασίας. Κι αυτό για τον επιπλέον λόγο ότι τα σωματίδια αυτό είναι ανάμεσα στους δημοφιλέστερους υποψηφίους για τη σκοτεινή ύλη, από την οποία αποτελείται το 23% της συνολικής μάζας του σύμπαντος.

7. Αν υπάρχουν περισσότερες διαστάσεις στο σύμπαν

Μια πιθανή τεκμηρίωση της ύπαρξης υπερσυμμετρικών σωματιδίων δε θα συνιστά βέβαια μια αδιάψευστη απόδειξη για τη θεωρία των υπερχορδών ως μια «θεωρία των Πάντων», αλλά δεν αποκλείεται το LHC να μπορέσει να προσφέρει μια πιο άμεση απόδειξη, η οποία θα βασίζεται στην πλέον εντυπωσιακή πρόβλεψη της θεωρίας: την ύπαρξη 10 ή 11 διαστάσεων. Με άλλα λόγια να υπάρχουν 6 ή 7 επιπλέον διαστάσεις πέρα από τις τέσσερις γνωστές.

Η επικρατέστερη ερμηνεία για το γεγονός ότι δεν μπορούμε να αντιληφθούμε αυτές τις επιπλέον διαστάσεις αφορά το ότι αυτές είναι συρρικνωμένες, και μάλιστα είναι πολύ μικρότερες ακόμη και από το μικρότερο δομικό λίθο της ύλης.

Μέχρι το 1998 περίπου, οι περισσότεροι θεωρητικοί φυσικοί πίστευαν ότι και οι τέσσερις αλληλεπιδράσεις της φύσης (βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητική, ασθενής και ισχυρή πυρηνική δύναμη) δρουν παντού σε αυτό το σύμπαν των πολλαπλών διαστάσεων. Τότε όμως έγινε επίκαιρη μια ριζικά διαφορετική θεωρία, η οποία προέκυψε όταν οι Σάββας Δημόπουλος, Nima Arkani-Hamed και Gia Dvali υπέθεσαν ότι μόνο η βαρύτητα – και όχι οι άλλες αλληλεπιδράσεις – «γνωρίζει» την ύπαρξη των επιπλέον διαστάσεων.

Σύμφωνα με τη θεωρία που ανέπτυξαν, η ηλεκτρομαγνητική, η ισχυρή και η ασθενής αλληλεπίδραση, το σύμπαν στο οποίο ζούμε και η ύλη που περικλείει είναι όλα «παγιδευμένα» σε μια επιφάνεια τριών χωρικών διαστάσεων, γνωστή ως βράνη, και μόνο τα βαρυτόνια, τα σωματίδια-φορείς της βαρυτικής αλληλεπίδρασης μπορούν να απομακρύνονται οπό αυτήν και να κινούνται στις υπόλοιπες διαστάσεις.

Πόσο μεγάλες όμως είναι αυτές οι επιπλέον διαστάσεις, που μόνο η βαρύτητα μπορεί να τις «δει»; H θεωρία προβλέπει ότι όσο περισσότερες είναι οι επιπλέον διαστάσεις τόσο περισσότερο συρρικνώνονται. Στην περίπτωση που οι επιπλέον διαστάσεις είναι δύο, η κλίμακα στην οποία είναι συρρικνωμένες δεν υπερβαίνει τα 0,02 χιλιοστά περίπου.

Το ότι η «πύλη» προς τις ανώτερες διαστάσεις ίσως είναι πιο μεγάλη απ’ όσο πίστευαν αρχικά οι επιστήμονες μπορεί να σημαίνει ότι δεν είναι απαραίτητο να φτάσουμε στο ενεργειακό επίπεδο της Μεγάλης Έκρηξης για να δούμε αν υπάρχει αυτό το «άνοιγμα», θεωρητικοί υπολογισμοί δείχνουν, μάλιστα, ότι η πύλη μεταξύ του ορατού σύμπαντος και των ανώτερων διαστάσεων μπορεί να ανοίξει και σε ενέργειες που βρίσκονται εντός των δυνατοτήτων του LHC. Av – κατά ανεξήγητο τρόπο – ενέργεια από συγκρούσεις μεταξύ πρωτονίων χαθεί στο άγνωστο, αυτό θα είναι μια ένδειξη για την ορθότητα της νέας εκδοχής της θεωρίας των βρανών, η οποία προβλέπει την ύπαρξη ανώτερων, κρυφών διαστάσεων.

8. Γιατί να υπάρχουν άστρα και γαλαξίες

Ο επιταχυντής LHC θα ρίξει επίσης φως σε ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα της κοσμολογίας, το γιατί γενικά υπάρχουν άστρα και γαλαξίες. Εδώ θα πρέπει να επιστρέψουμε ξανά στη Μεγάλη Έκρηξη. Κατά το πρώτο δευτερόλεπτο μετά τη γέννηση του το σύμπαν ήταν μια ταχύτατα διαστελλόμενη πύρινη σφαίρα, στην οποία η ακτινοβολία μετατρεπόταν σε ύλη και αντίστροφα. Όταν η ακτινοβολία μετατρέπεται σε ύλη, προκύπτουν ακριβώς ίσες ποσότητες σωματιδίων και αντισωματιδίων, αλλά στη Μεγάλη Έκρηξη θα πρέπει να δημιουργήθηκε ένα μικρό πλεόνασμα ύλης, αλλιώς το σύμπαν δε θα μπορούσε να υπάρξει. Κι αυτό γιατί, όταν ύλη και αντιύλη συναντώνται, τα σωματίδια τους αλληλοεξουδετερώνονται και μετατρέπονται σε ακτινοβολία γ. Συνεπώς, αν μετά τη Μεγάλη Έκρηξη είχαν παραχθεί ακριβώς ίσες ποσότητες σωματιδίων και αντισωματιδίων, αυτά θα είχαν αλληλοεξουδετερωθεί, αφήνοντας πίσω τους μόνο ακτινοβολία. Καθώς στη συνέχεια το νεαρό σύμπαν διαστελλόταν και γινόταν πιο ψυχρό, η ακτινοβολία θα εξασθενούσε και θα έχανε την ικανότητα δημιουργίας νέων σωματιδίων, Το αποτέλεσμα θα ήταν ένα απέραντο κενό. Κανένα από τα δισεκατομμύρια άστρα του σύμπαντος δε θα είχε γεννηθεί.

Το λογικό συμπέρασμα είναι ότι η Μεγάλη Έκρηξη άφησε πίσω της ένα πλεόνασμα ύλης. Θεωρητικοί δε υπολογισμοί δείχνουν ότι στο πρώτο δευτερόλεπτο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη σχηματίστηκαν ένα δισεκατομμύριο συν ένα σωματίδια ύλης για κάθε δισεκατομμύριο αντισωματίδια. Αυτό μπορεί να εξηγήσει γιατί όλα τα άστρα και οι γαλαξίες του σύμπαντος αποτελούνται από συνηθισμένα σωματίδια ύλης.

Δεξιά: Η διάσπαση των δύο μεσονίων Βο και του αντισωματιδίου του παρουσιάζει μια καθαρή υπογραφή. Αν λοιπόν υπάρξει ασυμμετρία στην παραγωγή των δύο μεσονίων Β τότε θα είναι κι άλλο σημάδι παραβίασης συμμετρίας CP εκτός των καονίων

Το ότι τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης σχηματίστηκε πλεόνασμα σωματιδίων οφείλεται στο ότι τα σωματίδια είναι λίγο σταθερότερα από τα αντιοωματίδια. Αυτό αποδείχθηκε σε πειράματα που έγιναν στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven της Νέας Υόρκης το 1964. Οι φυσικοί μελέτησαν έναν τύπο βραχύβιων σωματιδίων που ονομάζονται Κ-μεσόνια ή καόνια. Αποτελούνται από ένα κουάρκ και ένα αντικουάρκ. Τα πειράματα δείχνουν ότι τα καόνια και τα αντικαόνια, σε σπάνιες περιπτώσεις, μπορούν να μετατραπούν τα μεν στα δε, κάτι που όμως συμβαίνει λίγο συχνότερα γιο τα αντικαόνια απ’ ό,τι για τα καόνια. Μερικά χρόνια αργότερο, ο Ρώσος φυσικός Αντρέι Ζαχάροφ υποστήριξε ότι αυτή ακριβώς η ασυμμετρία είναι ο λόγος που από τη Μεγάλη Έκρηξη προέκυψε ένα πλεόνασμα ύλης.

Υπάρχει, ωστόσο, ένα πρόβλημα. Η μικρή διαφορά που μετρήθηκε στα καόνια δεν είναι αρκετή για να εξηγήσει το πλεόνασμα ύλης που παρατηρείται στο σύμπαν. Γι’ αυτό, τα τελευταία χρόνια οι φυσικοί άρχισαν να μελετούν τα «μεγαλύτερα αδέλφια» των καονίων, τα Β-μεσόνια, τα οποία διασπώνται με περισσότερους τρόπους. Κι έτσι στο νέο επιταχυντή LHC θα παραχθούν πολύ περισσότερα Β-μεσόνια απ’ όσα οι σημερινοί επιταχυντές για να μελετηθούν καλύτερα.

9. Πώς ήταν η αρχέγονη σούπα του σύμπαντος

Στον LHC δε θα γίνονται μόνο συγκρούσεις πρωτονίων, θα συγκρούονται και βαρέα ιόντα μολύβδου για να μπορέσουν οι φυσικοί να μελετήσουν λεπτομερώς την κατάσταση του σύμπαντος στα πρώτα μικροδευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Λιγότερο από ένα νανοδευτερόλεπτο μετά τη δημιουργία του, το νεογέννητο σύμπαν διεστάλη, και από μέγεθος μικρότερο αυτού των υποατομικών σωματιδίων κατέλαβε μια έκταση πολλών χιλιομέτρων. Καθώς η διαστολή του συνεχιζόταν, η θερμοκρασία του εξακολουθούσε να υπερβαίνει τα 1.000 δισεκατομμύρια βαθμούς, και γιο μια στιγμή π ύλη υπήρχε υπό μορφή ελεύθερων κουάρκ μέσα σε μια «σούπα» από γκλουόνια – τα σωματίδια «συγκόλλησης» των νουκλεονίων, που λειτουργούν κι ως φορείς της ισχυρής πυρηνικής δύναμης ανάμεσα στα κουάρκ.

Μόλις 10 μικροδευτερόλεπτα αργότερα, το σύμπαν ψύχθηκε τόσο πολύ, που τα γκλουόνια δέσμευσαν τα κουάρκ, σχηματίζοντας πρωτόνια και νετρόνια, δηλαδή τους δομικούς λίθους των ατομικών πυρήνων. Από τότε, κανένα κουάρκ δεν παρέμεινε ελεύθερο στο ορατό σύμπαν. Σε μια σειρά πειραμάτων την περίοδο 2000-2003 στον RHIC [Relativistic Heavy Ion Collider ή Επιταχυντής Συγκρουόμενων Δεσμών Σχετικιστικών Βαρέων Ιόντων) στη Νέα Υόρκη, αναδημιουργήθηκε για πρώτη φορά μετά τη Μεγάλη Έκρηξη η αρχέγονη σούπα του σύμπαντος κουάρλ-γκλουονίων.

Όπως και τη στιγμή της γέννησης του σύμπαντος, η ρευστή σούπα κουάρκ και γκλουονίων εμφανίστηκε στον επιταχυντή RHIC για ένα εξαιρετικά μικρό χρονικό διάστημα, πριν από την αλλαγή φάσης σε συνηθισμένη ύλη. Η μετάβαση ήταν, σύμφωνα με τις αναλύσεις, μια μετάβαση φάσης δεύτερου βαθμού, όπως όταν ένας μαγνήτης χάνει τη μαγνητική του ικανότητα σε αυξανόμενες θερμοκρασίες, παρά μια απότομη μετάβαση φάσης πρώτου βαθμού, όπως όταν το νερό βράζει και μετατρέπεται σε ατμό. Αυτό συμφωνεί και με τις αστρονομικές παρατηρήσεις.

Κατά τη μετάβαση φάσης πρώτου βαθμού μπορεί να εμφανιστούν μικρές διαφοροποιημένες ζώνες, όπως οι φυσαλίδες ατμού στο νερό. Τέτοιες ξεχωριστές περιοχές στο νεογέννητο σύμπαν ίσως είχαν συντελέσει στη δημιουργία γαλαξιών με μια λίγο διαφορετική αναλογία υδρογόνου και ηλίου απ’ ό,τι στους περισσότερους γαλαξίες, αλλά δεν υπάρχουν ενδείξεις για κάτι τέτοιο.

Η ανακάλυψη στον RHIC ότι η σούπα κουάρκ και γκλουονίων συμπεριφέρεται σαν ένα σχεδόν «τέλειο ρευστό» δε σημαίνει απαραίτητα ότι η θεωρητική υπόθεση περί ύπαρξης ενός πλάσματος κουάρκ και γκλουονίων αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη είναι λανθασμένη. Πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτό που ανακαλύφθηκε στον RHIC είναι όντως μια μορφή του πλάσματος κουάρκ και γκλουονίων, απλώς λίγο διαφορετική απ’ αυτή που αρχικό είχε προταθεί. Είναι πάλι πιθανόν το πλάσμα να εμφανίστηκε σε πιο υψηλές ενέργειες, και στην πορεία, ενώ συνεχιζόταν η διαστολή του σύμπαντος, το πλάσμα να έγινε ρευστό, πριν από την αποφασιστική αλλαγή φάσης, δηλαδή πριν τα κουάρκ συγκεντρωθούν σε πρωτόνια και νετρόνια.

Στον επιταχυντή LHC θα πραγματοποιούνται μετωπικές συγκρούσεις τόσο μεταξύ πρωτονίων όσο και μεταξύ βαρέων ιόντων μολύβδου, σε ενεργειακά επίπεδα που θα ξεπεράσουν κάθε προηγούμενο. Τα περισσότερα πειράματα θα γίνονται με πρωτόνια – αρχίζουν το ταξίδι τους σε μια σειρά μικρότερων επιταχυντών, οι οποίοι παλιότερα αποτελούσαν το κύριο μέρος του CERN. Κατά την πορεία τους, τα πρωτόνια θα επιταχύνονται με ταχύτητα μεγαλύτερη από το 99,9% της ταχύτητας του φωτός, προτού διοχετευτούν στους δακτυλίους του νέου επιταχυντή.

10. Ποιά είναι η φύση της σκοτεινής ενέργειας

Μπορεί τελικά στον επιταχυντή να καταλάβουμε τη φύση της σκοτεινής ενέργειας ή της ενέργειας του κενού που είναι η αιτία της επιτάχυνσης διαστολής του σύμπαντος.

Από τι αποτελείται ο LHC


Σχηματική παράσταση του επιταχυντή

Ο LHC έχει δύο υπεραγώγιμους δακτυλίους, στους οποίους τα πρωτόνια θα κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις μέσα σε σχεδόν απόλυτο κενό. Τα πρωτόνια θα συγκεντρώνονται σε πυκνές δέσμες, προκειμένου να επιτυγχάνονται όσο το δυνατόν περισσότερες συγκρούσει. Η συγκέντρωση των πρωτονίων θα γίνεται με τη βοήθεια πανίσχυρων μαγνητικών πεδίων.

Σε τέσσερα σημεία του επιταχυντή υπάρχουν τεράστιοι ανιχνευτές και εκεί θα συγκρούονται μεταξύ τους τα πρωτόνια. Η ενέργεια που θα επιτυγχάνεται σε αυτές τις συγκρούσεις θα φτάνει τα 14 τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ (TeV) ή 7 TeV κάθε δέσμη πρωτονίων, θα είναι δηλαδή επτά φορές ισχυρότερη απ’ ό,τι στο μεγαλύτερο ως τώρα επιταχυντή του κόσμου, τον επιταχυντή Tevatron του Εργαστηρίου Fermi στις ΗΠΑ.

Κάθε δέσμη πρωτονίων περικλείει ποσότητα ενέργειας ίση με αυτή ενός τρένου βάρους 400 τόνων που κινείται με 150 χλμ./ώρα. Όμως, μόνο ένα απειροελάχιστο μέρος αυτής της ενέργειας απελευθερώνεται σε κάθε σύγκρουση. Το κέρδος όμως είναι ότι ο LHC θα έχει την δυνατότητα να συγκεντρώνει αυτή την ενέργεια σε μια περιοχή μικρότερη και από έναν ατομικό πυρήνα.

Τα σωματίδια που θα παράγονται από τις συγκρούσει θα καταγράφονται από τους τέσσερις ανιχνευτές: ALICE, CMS, ATLAS και LHCb.


Ο ανιχνευτής ATLAS (πλάτος 20 – ύψος 20 – μήκος 40 μέτρα και βάρος 7.000 τόνοι) είναι υπεύθυνος για τις συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου. Περιέχει 8 υπεραγώγιμα πηνία μήκους 25 μέτρων τοποθετημένους σε κυλινδρική μορφή. Θα κάνει έρευνες για το μποζόνιο Higgs, τις έξτρα διαστάσεις και τα τυχόν υπερσυμμετρικά σωματίδια συστατικά της σκοτεινής ύλης.

 


Ο ανιχνευτής ALICE θα μελετήσει τις συγκρούσεις μεταξύ βαρέων ιόντων όπου αναμένεται να δημιουργηθεί η αρχέγονη κοσμική σούπα γκλουονίων-κουάρκ. Είναι μικρότερος από τον ανιχνευτή ATLAS (μήκος 26 – ύψος 16 – πλάτος 16) και βάρος 10.000 τόνους.
Οι συγκρούσεις αυτές θα δημιουργήσουν θερμοκρασίες πάνω από 100. 000 φορές της θερμοκρασίας της καρδιάς του ήλιου.


Ο Ανιχνευτής Compact Muon Solenoid ή CMS (μήκος 21 – ύψος 15 – πλάτος 15 μέτρα και βάρος 12.500 τόνους). Θα κάνει παρόμοια πειράματα με αυτά του ATLAS αλλά με διαφορετικές τεχνικές αρχές. Ο ανιχνευτής CMS κτίστηκε γύρω από ένα τεράστιο σωληνοειδή μαγνήτη που η ένταση του είναι 4 tesla, περίπου 100.000 φορές μεγαλύτερη από αυτή του μαγνητικού πεδίου της Γης.

 


Ο ανιχνευτής LHCb θα μας βοηθήσει να καταλάβουμε γιατί στο σύμπαν υπάρχει ύλη κι όχι αντιύλη. Οι ειδικοί θα ανακαλύψουν τη λεπτή διαφορά μεταξύ ύλης και αντιύλης μελετώντας ένα τύπο κουάρκ, που λέγεται (beauty ή b κουάρκ). Θα δημιουργηθούν πολλοί τύποι κουάρκ στον επιταχυντή LHC προτού αυτοί διασπαστούν γρήγορα σε άλλες μορφές.

http://www.physics4u.gr

 

Advertisements

35 Σχόλια

  1. Τι ποστ είναι αυτό, βρε; 😀 Φοβερό αλλά δεν κατάφερα να το διαβάσω ολόκληρο, την αλήθεια τη λέω!
    Είδα χθες το ντοκυμαντέρ και έπαθα ΠΛΑΚΑ! Για να δούμε, περιμένω πώς και πώς να γίνει.
    Φιλιά!

  2. Είδες? Κι εγώ πριζώθηκα και είπα να την ψαχτώ λίγο… Πολύ ψαγμένα πράγματα… 🙂 Καλημέρα σας Μαρία..

  3. Εκτενές αλλά ενδιαφέρον όπως και το προηγούμενο post doremi.Θα προσπαθήσω να το διαβάσω για να ξεφύγω από την μονοτονία των ιατρικών άρθρων.

  4. @yanis03: Γειά σου ρε γιατρέ!! Το έβαλα με αφορμή χθεσινή εκπομπή στον alpha (κουτί της πανδώρας). Ελπίζω να σας κατατόπισα κάπως… Καλησπέρες. 🙂

  5. Ο συγχρονισμός του xkcd με το ντοκυμαντέρ ήταν καταπληκτικός 🙂 Δείτε και εδώ το χθεσινό post:

    http://xkcd.com/401/

  6. Επιτέλους! Άλλος ένας φανατικός του xkcd!!! 😀

  7. 🙂 χαίρετε παίδες..

  8. Ωραία και ενδιαφέροντα όλα αυτά αν όμως κάτι άγνωστο στους επιστήμονες έχει ξεφύγει να είστε έτοιμοι για τα χειρότερα,όποιος μπορεί τον προκαλώ να με διαψεύσει με επιχειρήματα εδώ μέσα.

  9. Kαλά εννοείται αυτό… Όλοι πρέπει να το φοβόμαστε.. Ανώνυμε, ανέφερε την άποψή σου αν θες… 🙂

  10. Παιδιά νομίζω ότι θα τα κάνουν κ*****πίδα όλα. (μη βρίζουμε…) 🙂

  11. anwnymous μη βρίζεις βρε! Απλά ανάφερε την άποψη σου με στοιχεία… Αναμένουμε…

  12. Παιδιά συγγνώμη μου ξέφυγε πριν,ψάχνουν να βρουν άγνωστα πράγματα και να παίξουν με ισχυρές δυνάμεις όλα αυτά τι αποτέλεσμα νομίζεται ότι θα έχουν.Όταν έπεσε η βόμβα στην Χιροσίμα είχαν προηγηθεί πειράματα αλλά κανείς δεν περίμενε τέτοιο μέγεθος καταστροφής.Εύχομαι αφού δεν μπορώ να σταματήσω κάτι τέτοιο να πάνε όλα καλά.

  13. τον LHC δε θα γίνονται μόνο συγκρούσεις πρωτονίων, θα συγκρούονται και βαρέα ιόντα μολύβδου για να μπορέσουν οι φυσικοί να μελετήσουν λεπτομερώς την κατάσταση του σύμπαντος στα πρώτα μικρο δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Λιγότερο από ένα νανο δευτερόλεπτο μετά τη δημιουργία του, το νεογέννητο σύμπαν διεστάλη, και από μέγεθος μικρότερο αυτού των υποατομικών σωματιδίων κατέλαβε μια έκταση πολλών χιλιομέτρων. Καθώς η διαστολή του συνεχιζόταν, η θερμοκρασία του εξακολουθούσε να υπερβαίνει τα 1.000 δισεκατομμύρια βαθμούς, και γιο μια στιγμή π ύλη υπήρχε υπό μορφή ελεύθερων κουάρκ μέσα σε μια «σούπα» από γκλουόνια – τα σωματίδια «συγκόλλησης» των νουκλεονίων, που λειτουργούν κι ως φορείς της ισχυρής πυρηνικής δύναμης ανάμεσα στα κουάρκ.ΑΝ ΑΥΤΟ ΣΥΜΒΕΙ ΤΗΝ ΩΡΑ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ ΠΟΙΟΣ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΕΣ ΘΑ ΤΟ ΣΤΑΜΑΤΗΣΕΙ?

  14. Μπράβο ωραίο το ποστάκι, έχει σχεδόν όλα τα βασικά που πρέπει να ξέρει κανείς για το CERN! Αν και σοβαρά αποτελέσματα θα αργήσουν λίγο μερικά χρόνια ακόμα μέχρι να αποκτησει η δέσμη την πλήρη ισχύ.

  15. @anonymous: Δε θέλω καν να σκέφτομαι τέτοιο ενδεχόμενο… Αν κάτι, χτύπα ξύλο, πάει στραβά.. θα ζήσουμε σκηνές Αποκάλυψης…
    @themos: Να σαι καλά. Αν και δεν είναι δικό μου καθεαυτό. Απλά σε μια αναζήτηση μου στο google το βρήκα και είπα να το μοιραστούμε.. 🙂

  16. Μου είπαν ότι γράφεις για τον ΠΑΟΚ σε μπλογκ που δεν μπορώ να συμμετέχω.
    ΤΟ ΝΟΥ ΣΟΥ…

  17. Έλα μωρέ… ΜΠΑΟΚ είσαι. Δε μασάς εσύ.. 😛 (εννοείται κάνω πλάκα. Μην αρπάζεσαι..)

  18. ΕνCERNίζομαι απόλυτα αυτό το ποστ. 🙂

  19. 🙂 ty mr kostas! Να προσέχουν το καλό που τους θέλω… 😛

  20. Ω ρε μάναααααααααα, όταν επιστρεψω από τας αθήνας θα το διαβάσω όλο

  21. ΕΕΕΕΕΕΤΣΙ!!! Καλή επιτυχία πετρελαιά μου!!! 🙂 Περιμένω καλά νεα…

  22. file doremi an kai asxeto ayto pou thelo me to thema tou blog ida se ena forum gia to pos kanis ekpompi apo to pc kai ixes anevasi esi to artrho an ine kane me add sto msn mou mpas kai ta katafero giati den xero kati kano lathos…….
    sexmaniac_666@hotmail.com eyxaristo prokatavolika!!

  23. Καλημέρα φίλε μου. Ναι, όποτε μου έρθει η πρόσκληση για αdd θα σε ενημερώσω. Αν και πάλι θα έχεις δυσκολίες, γιατί μέσω msn δε τα λέω πολύ καλά. Ήλπιζα το πόστ να ήταν κατατοπιστικό, αλλά θα το διορθώσω αν είναι λίγο. Καλημέρες.

  24. eyxaristo aderfe vasika exo kolisi mou leei broatcast error kano oti leei to post ala tipota :(:(!!!apo to msn pistevo na ta katafero kalitera thanx kai pali!!

  25. Τα μελέ από κοντά στο Msn… 🙂

  26. Καλημέρα!! Ανέβασες τόσο ωραίο θέμα τώρα που έλλειπα??? Τα καλύτερα έχασα πάλι. Το πείραμα αυτό ειναι λίγο επικίνδυνο, γιατί όπως ανέφερες θα δημιουργηθούν και μαύρες τρύπες. Οι τελευταίες μεγαλώνουν όσο μπορούν να απορροφούν σωματίδια που υπάρχουν γύρω τους. Αν δεν υπάρχουν απλά αδρανούν. Στην περίπτωση του πειράματος αν υπάρχει έστω και ένας κόκκος σκόνης η/οι μαύρη/ες τρύπες που θα δημιουργηθούν μπορεί να ξεκινήσουν να μεγαλώνουν και οι επιστήμονες χρειάζεται «απλά» να προλάβουν να σταματήσουν το πείραμα, γιατί αλλιώς…! http://www.e-telescope.gr/gr/cat04/art04_070316.htm

  27. @laxanaki: Κατατοπιστικότατη.. Το ανέβασα μέρες τώρα.. Που ήσουν καλέ?? 🙂

  28. brother doremi thanx gia tin help ta katafera kai ego ;)!!!

  29. @hellpriest: se oti afora to e-radio ennoeis.. na sai kala boss!! 🙂

  30. Είχα πάει 4 μερούλες διακοπές!! Θα δεις επόμενο post και θα καταλάβεις!! χιχιχιχιχι

  31. AAAAAAAAAAAA!!! Τι λέτε… Άντε ελάτε και κατά δω πάνω με τον ψηλό σου! 🙂

  32. Θα γίνει και αυτό!! Επόμενος σταθμός: Θεσσ/νικηηηηη χιχι

  33. ΟΠΑ!!! Το κόκκινο χαλίιιιι!!!! 🙂 Πες μας που πήγες στο blog Σου… Αναμένουμε…

  34. Μόλις το διάβασα όλο. Λεπτομερέστατο. Ιδιαίτερα μου άρεσε το σωματίδιο του Θεού-Higgs και η σχέση του με τα άλλα σωματίδια. Η κοσμική σούπα κουάρκ-γκλουονίων θα μπορούσε να σερβίρεται στα καλύτερα γαλλικά restaurant.

  35. Mh to «game» emeis mono sto telos… they better be careful…

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: