Η Μεγάλη Εκρηξη και το «σωματίδιο του Θεού» με απλά λόγια...

«Ας υποθέσουμε ότι έχουμε ένα δωμάτιο γεμάτο γιαγιάδες. Καθεμία από αυτές θα συνθέτει ένα μποζόνιο και όλες μαζί το πεδίο Χιγκς. Τότε μπαίνει μέσα ένας διάσημος και όλες μαζεύονται γύρω του. Ο διάσημος είναι το σωματίδιο»

O Αλμπερτ Αϊνστάιν είχε πει ότι δεν έχεις καταλάβει κάτι πραγματικά αν δεν μπορείς να το εξηγήσεις στη γιαγιά σου. Ο Ισπανός δημοσιογράφος Αντόνιο Μαρτίνεθ Ρον αποφάσισε να δεχτεί την πρόκληση και να εξηγήσει στη... γιαγιά του τι είναι το σωματίδιο του Χιγκς και γιατί είναι σημαντική η αναζήτησή του.



Αγαπητή γιαγιά,



Η Φυσική δεν είναι τόσο περίπλοκη όσο ακούγεται. Τους τελευταίους μήνες θα έχεις ακούσει γι' αυτό το σωματίδιο που προσπαθούν να βρουν οι επιστήμονες με τα γιγαντιαία τους μηχανήματα στη Γενεύη και που έχει τεράστια σημασία, γιατί θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε σε βάθος πώς λειτουργεί το σύμπαν. Ονομάζεται μποζόνιο του Χιγκς... Οι φυσικοί του CERN ανακοίνωσαν πως τελικά το εντόπισαν. Θα μπορούσες να ρωτήσεις πώς είναι δυνατόν κάτι τόσο μικρό, που δεν μπορούμε καν να ανιχνεύσουμε, να έχει τόσο μεγάλη σημασία;



Το ζήτημα, αγαπητή γιαγιά, πηγαίνει πίσω 13.700 εκατομμύρια χρόνια. Τότε δημιουργήθηκε η ύλη κι υπήρχαν απίστευτα επίπεδα ενέργειας που τα γνωρίζουμε ως Big Bang. Αλλά ας το παραλείψουμε αυτό το σημείο. Για πολλά χρόνια, οι επιστήμονες προσπαθούν να εξηγήσουν πώς γίνονται τα πράγματα και το κυριότερο πώς μένουν μαζί.



Τα πράγματα είναι κατασκευασμένα από άτομα και μέσα σ' αυτά υπάρχουν άλλα μικρότερα σωματίδια όπως αυτά που συνθέτουν τον πυρήνα, τα πρωτόνια και τα νετρόνια, ηλεκτρόνια κι άλλα. Οι αναζητήσεις για νέα σωματίδια μπορούν να γίνουν στους επιταχυντές - όπου παράγονται νέα σωματίδια από αλληλεπιδράσεις υψηλής ενέργειας ή χαμηλής ενέργειας.



Για το πώς μένουν μαζί γνωρίζουμε ότι υπάρχουν τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις: η βαρύτητα, η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, η ισχυρή πυρηνική δύναμη η οποία συγκρατεί τα σωματίδια στον πυρήνα των ατόμων και η ασθενής πυρηνική δύναμη, η οποία περιγράφει ορισμένες μορφές ραδιενεργών αντιδράσεων.



Ωστόσο, διερευνώντας αυτό το φαινόμενο, και προσπαθώντας να βρουν την κοινή προέλευση της ηλεκτρομαγνητικής και της ασθενούς δύναμης, οι επιστήμονες συνάντησαν ένα σημαντικό εμπόδιο: το φωτόνιο, το σωματίδιο που λειτουργεί ως φορέας της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης, δεν έχει μάζα. Αντίθετα, τα σωματίδια που μεταδίδουν την ασθενή πυρηνική δύναμη, τα μποζόνια W και Z, έχουν μάζα και μάλιστα μεγάλη. Οπότε προκύπτει νέο ερώτημα: γιατί τα σωματίδια έχουν μάζα;



Το 1964, ένας Βρετανός φυσικός, ο Πίτερ Χιγκς, προτείνει μία λύση που θα αναπτυχθεί πολύ αργότερα: το πρώτο τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Εκρηξη, τίποτα στο Σύμπαν δεν είχε μάζα, λέει ο Χιγκς, μέχρι που εμφανίστηκε ένα πεδίο (το πεδίο του Χιγκς), όπου ορισμένα σωματίδια όπως το φωτόνιο μπορούν να κινούνται χωρίς να συναντούν αντίσταση, γι' αυτό και δεν έχουν μάζα. Αλλα σωματίδια, όπως το πρωτόνιο και το ηλεκτρόνιο, κολυμπούν με δυσκολία μέσα στο πεδίο. Και όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση που συναντούν, τόσο μεγαλύτερη η μάζα τους. Και το μποζόνιο του Χιγκς είναι το σωματίδιο που αντιστοιχεί στο πεδίο του Χιγκς, το οποίο προσδίδει μάζα στην ύλη.



Για να το καταλάβεις καλύτερα, θα χρησιμοποιήσουμε ένα παράδειγμα που δίνουν και οι επιστήμονες στο CERN. Ας φανταστούμε ένα δωμάτιο γεμάτο γιαγιάδες. Καθεμία απ' αυτές θα συνθέτουν ένα μποζόνιο κι όλες μαζί συνθέτουν το πεδίο του Χιγκς. Τότε μπαίνει μέσα κάποιος διάσημος, προκαλείται αναστάτωση γύρω από το άτομό του (θα μαζευτούν όλες γύρω του), οπότε θα έχει δυσκολία να προχωρήσει περισσότερο μέσα στο δωμάτιο. Σε αυτήν την περίπτωση ο διάσημος θα είναι το σωματίδιο και το πεδίο του Χιγκς θα είναι οι γιαγιάδες, που θα έχουν αποκτήσει μάζα.



Για να το καταλάβεις καλύτερα, θα μιλήσουμε για το Καθιερωμένο Μοντέλο Φυσικής, μία εξίσωση με πολλές μεταβλητές που περιγράφουν τις ιδιότητες και τη συμπεριφορά όλων των στοιχειωδών σωματιδίων. Το μοντέλο περιγράφει πώς λειτουργούν οι τρεις από τις τέσσερις φυσικές δυνάμεις: η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, η ισχυρή πυρηνική δύναμη κι η ασθενής πυρηνική δύναμη. Στην αρχική τους μορφή οι εξισώσεις του μοντέλου λειτουργούσαν μόνο αν η μάζα απουσίαζε από όλα τα στοιχειώδη σωματίδια. Πρόσεξε, όμως, γιαγιά το «H». Είναι το μποζόνιο του Χιγκς, το τελευταίο από τα στοιχειώδη σωματίδια του Μοντέλου, του οποίου η ύπαρξη αποδεικνύεται πειραματικά. Γιατί είναι τόσο δύσκολο να αποδειχθεί; Γιατί εμφανίζεται μόνο σε ακραίες θερμοκρασίες, γιατί εμφανίζεται πολύ σπάνια στις συγκρούσεις πρωτονίων μέσα στον επιταχυντή, επομένως οι ερευνητές πρέπει να εξετάζουν τρισεκατομμύρια συμβάντα για να δουν έστω και ένα μικρό ίχνος του και γιατί είναι τόσο βραχύβιο ώστε διασπάται πριν φτάσει καν στους ανιχνευτές του επιταχυντή. Τώρα, όμως, λένε ότι το εντόπισαν. Για να δούμε!



Με αγάπη, Αντόνιο.