Φαίνεται ότι ξέρουμε πλέον γιατί και πώς τα σωματίδια του υλικού κόσμου που σε αυτόν ανήκουμε και εμείς έχουν αποκτήσει τη μάζα τους. Αλλά η επιστήμη έχει προχωρήσει. Χάρη στο μυαλό ερευνητών που δουλεύουν θεωρητικά, αναπτύχθηκε μια επόμενη θεωρία για το πώς είναι το υλικό των ακόμη πιο στοιχειωδών αυτή τη στιγμή σωματιδίων. Αυτό το υλικό πιστεύεται πως έχει τη μορφή χορδών. Που δεν βγάζουν μελωδίες να τις ακούμε και να τις απολαμβάνουμε αλλά πάλλονται με τον δικό τους τρόπο σε χώρους πολύ παράξενους, 19 τάξεις μεγέθους πιο μικρούς και από το ήδη ελάχιστο σε διαστάσεις πρωτόνιο, σε χώρους μάλιστα δέκα διαστάσεων και όχι σαν αυτούς των τριών συν μία για τον χρόνο. Από εκεί, στις επόμενες σελίδες κάνουμε ένα τεράστιο άλμα φθάνοντας και στις αναζητήσεις της Κοσμολογίας.
Το σωματίδιο Χιγκς μας συμπληρώνει με το τελευταίο χαρτονάκι το ψηφιδωτό των δυνάμεων και των σωματιδίων που έχουμε αποδείξει ότι υπάρχουν μέχρι σήμερα. (Φωτογραφία: Johan Jarnestad/ The Royal Swedish Academy of Sciences)
Το βραβείο Νομπέλ για το Σωματίδιο Χιγκς και τα όσα γράφτηκαν στον διεθνή Τύπο σε κάνουν να θέλεις να μάθεις γιατί χρειάστηκε να περιμένουμε 48 χρόνια ώσπου να έχουμε για το άκρως μικροσκοπικό αλλά περιβόητο… θήραμα «κάποιες ενδείξεις ύπαρξης», όπως ήταν η προσεκτική διατύπωση των ανθρώπων γύρω από τον επιταχυντή του CERN πέρυσι τον Ιούλιο. Και γιατί αυτή τη χρονιά το πολυπόθητο μετάλλιο θα δοθεί σε δυο ερευνητές που προέβλεψαν την ύπαρξή του όταν ήταν ακόμη γύρω στα τριάντα τους χρόνια, σε μια πολύ καλή ηλικία για να παίζουν μπάλα, όπως θα λέγαμε στο ποδόσφαιρο, σε οποιοδήποτε άλλο ερευνητικό γήπεδο.
Αυτές οι κάποιες ενδείξεις ήταν ένα μικρό εξόγκωμα σε μια σχεδόν ευθεία γραμμή φτιαγμένη από μετρήσεις, υπολογισμούς και επιλογές που έκαναν τρεις χιλιάδες περίπου ερευνητές με κορυφαίες γνώσεις στη Φυσική, την Ηλεκτρονική και τους Υπολογιστές, σταλμένοι από τις χώρες τους στο κοινό κέντρο επιστημονικής συνεργασίας ευρωπαίων αλλά και άλλων εθνικοτήτων ερευνητών. Ενα από τα λίγα σημεία επάνω στη Γη όπου για να σταθείς δεν παίζουν ρόλο η καταγωγή, η φυλή, το χρώμα, το ύψος ή το βάρος.
Ακομη και αν δεν είσαι όμως ειδικός στα θέματα των Στοιχειωδών Σωματιδίων και της Κβαντομηχανικής δεν σημαίνει ότι θα μένεις πάντα απ’ έξω από τα όσα έχουν καταφέρει να καταλάβουν μέχρι σήμερα όσοι ασχολούνται με τη σχετική έρευνα. Χρειάζεται μόνο να διαθέτεις την αντοχή της μικρής Αλίκης στη Χώρα των Θαυμάτων και να βρεις το σωστό άνοιγμα από όπου θα βυθιστείς στον κόσμο των Συμμετριών, των Υπερσυμμετρικών σωματιδίων, των Υπερχορδών και της Κοσμολογίας.
100 μέτρα κάτω από τη Γη
Ισως το κατάλληλο άνοιγμα να βρίσκεται ακριβώς στη Γενεύη, στην υπόγεια στοά με κυκλικό σχήμα και μήκος 27 χιλιομέτρων, εκατό μέτρα κάτω από την επιφάνεια της Γης. Δυο υπόγειοι «καθεδρικοί ναοί», οι ανιχνευτές σωματιδίων ΑTLAS και CMS, ψάχνουν τα συμβάντα που προκύπτουν από 40 εκατομμύρια συγκρούσεις το δευτερόλεπτο καθώς 500 δισεκατομμύρια πρωτόνια σε δυο αντίθετα κινούμενες δέσμες, αφάνταστα λεπτές, με ταχύτητες κοντά στο 99,999996% της ταχύτητας του φωτός συγκρούονται. Σχεδόν μια σύγκρουση στο δισεκατομμύριο δίνει κάτι ενδιαφέρον. Τα πρωτόνια είναι κάπως σαν σάκοι που περιέχει ο καθένας τους πιο μικρά σωματίδια: κουάρκ, αντικουάρκ και γλουόνια. Ενα σωματίδιο Χιγκς μπορεί να σχηματιστεί από τη σύντηξη δυο γλουονίων που παράγονται κατά τη σύγκρουση πρωτονίων που έχουν αρκετά μεγάλη ταχύτητα, άρα και την απαιτούμενη κινητική ενέργεια.
Στον ασυνήθιστο χώρο που έχουμε βρεθεί όμως πρέπει όσο προχωρούμε να μαθαίνουμε και κάποιες εκφράσεις συνηθισμένες για τους ανθρώπους εδώ. Για παράδειγμα, δεν αναφέρονται ποτέ στο πόσο ζυγίζουν τα διάφορα σωματίδια. Αλλά με την άδεια που τους δίνει η εξίσωση του Αϊνστάιν, αντί για γραμμάρια και κιλά δίνουν το ποσόν της ύλης ενός σωματιδίου σε μονάδες ενέργειας. Το σωματίδιο Χιγκς, που είχαν ενδείξεις μέχρι πέρυσι στο CERN, λοιπόν, ήταν περίπου 130 φορές «βαρύτερο» από το πρωτόνιο, σε μονάδες ενέργειας 125 GeV (οι προβλέψεις το τοποθετούσαν μεταξύ 70 και 1.000 GeV). Αλλά το να κάνεις λόγο για το σωματίδιο Χιγκς σημαίνει πως έχεις φθάσει πλέον σε άλλο χώρο, ακόμη πιο μικροσκοπικό από αυτόν του ατόμου και των σωματιδίων που το αποτελούν. Πρέπει λοιπόν να… ξεφυλλίσεις τον οδηγό για τους τουρίστες του υπερμικρόκοσμου που έχεις μαζί σου και να εξοικειωθείς με έναν πολύ πιο παράξενο σίγουρα χώρο.
Ο κ. Αλέξανδρος Κεχαγιάς είναι αναπληρωτής καθηγητής στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο και επισκέπτης καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης, στο Κέντρο Αστροσωματιδιακής Φυσικής (CAP) Γενεύης και στο CERN. Ασχολείται με Θεωρητική Φυσική Υψηλών Ενεργειών και Κοσμολογία και συγεκριμένα με προβλήματα στη Θεωρία Υπερχορδών, την Υπερσυμμετρία και την Υπερβαρύτητα
Επικρατούν και εδώ οι δυνάμεις της βαρύτητας και του ηλεκτρομαγνητισμού. Ομως σε τόσο μικρά μήκη γίνονται αισθητές δυο ακόμη δυνάμεις. Η ισχυρά και η ασθενής που θα τις αισθανθούμε όταν βρεθούμε στον πυρήνα ενός ατόμου. Η ασθενής έχει να κάνει με τη ραδιενέργεια και δεν μας απασχολεί εδώ ενώ η ισχυρά μας ενδιαφέρει πολύ. Μαθαίνουμε αμέσως και εξοικειωνόμαστε με το ότι γύρω μας υπάρχουν πεδία. Αντί δηλαδή ο χώρος να είναι εντελώς ουδέτερος και χωρίς επίδραση επάνω μας, αντίθετα εξαιτίας αυτών έχει αποκτήσει διάφορες ιδιότητες. Τέσσερα είναι τα γνωστά πεδία, αυτό της βαρύτητας, του ηλεκτρομαγνητισμού, των ασθενών και των ισχυρών δυνάμεων. Αυτά μας φαίνεται ότι δρουν με κάπως μυστηριώδη τρόπο. Διότι δεν βλέπουμε τους «απεσταλμένους» τους, που μεταφέρουν τα σήματα της επίδρασής τους. Εχω όμως μαζί μου τον Αλέξανδρο Κεχαγιά, θεωρητικό φυσικό που περνάει ατελείωτες ώρες στο CERN, και λύνει όταν χρειάζεται τις απορίες μου.
Τι είναι αυτά τα πεδία;
Εδώ λοιπόν εξηγεί ότι ένα πεδίο πρέπει να το φανταζόμαστε σαν έναν κυματισμό στον χώρο, ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα, για παράδειγμα. Κάποιες στιγμές, για διάφορους λόγους και συνθήκες η συχνότητα είναι τέτοια που το κύμα είναι «σκληρό» και τελικά υποπίπτει στην αντίληψή μας ή στην «αντίληψη» των οργάνων μέτρησης σαν υλικό σωματίδιο. Είναι αυτό που μας είπαν κάποτε ότι τα σωματίδια στον μικρόκοσμο συμπεριφέρονται και σαν κύματα και σαν υλικές σφαίρες. Τότε δεν δώσαμε σημασία. Ηταν όμως αυτό μια μύηση στη συμπεριφορά του μικρόκοσμου. Και τώρα χρειαζόμαστε αυτή τη γνώση. Της προσθέτουμε και την πληροφορία ότι το θεωρητικό εργαλείο που με τους κανόνες του εξετάζουμε τις συμπεριφορές των πεδίων στις διαστάσεις αυτές ονομάζεται Κβαντική Θεωρία Πεδίου. Δεν μας τρομάζει το όνομα διότι εμείς δεν θα ασχοληθούμε με τα μαθηματικά του αλλά με τον τρόπο ζωής που επιβάλλει. Βασικός κανόνας του είναι ότι το κάθε πεδίο είναι σε θέση να δημιουργεί και να καταστρέφει τα σωματίδια που του αναλογούν.
Ετσι ένα ηλεκτρόνιο ή ένα φωτόνιο μπορούν να εμφανίζονται ή να εξαφανίζονται οπουδήποτε στον χώρο. Οταν προκληθεί μια διαταραχή, λόγω ενός κατάλληλα κινούμενου ηλεκτρονίου, για παράδειγμα, αυτή δημιουργεί ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που αρχίζει να πάλλεται. Δημιουργούνται έτσι κύματα και αυτό το ονομάζουμε «φως». Το φως, εκτός από κύμα, έχει και σωματιδιακή υφή, η οποία εκδηλώνεται μέσω μικρών οντοτήτων, σωματιδίων που ονομάζονται φωτόνια. Τα φωτόνια είναι οι ενδιάμεσοι, αυτοί που πάνε τα μηνύματα του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Ο επιταχυντής του CERN δημιουργεί και αυτός με τη σειρά του μια τέτοια διαταραχή ώστε να εμφανίζεται το σωματίδιο Χιγκς, που είναι αποκρυστάλλωση του αντίστοιχου πεδίου Χιγκς, και «προικίζει» με μάζα τα διάφορα σωματίδια. Και γιατί θέλουμε τόσο πολύ να προκαλέσουμε αυτή την εκδήλωση της ύπαρξης του πεδίου Χιγκς; Διότι μας συμπληρώνει με το τελευταίο χαρτονάκι το ψηφιδωτό των δυνάμεων και των σωματιδίων που έχουμε αποδείξει μέχρι σήμερα ότι υπάρχουν. Μόνο που εδώ είχαμε μια πολύ μεγάλη δυσκολία από πριν. Δηλαδή και αν βρισκόταν και ίσχυε το Καθιερωμένο Μοντέλο, θα έπρεπε να δεχτούμε ότι τα σωματίδιά του δεν έπρεπε να έχουν μάζα για να μας βγαίνουν οι εξισώσεις! Και ποιος θα μπορούσε να συμφωνήσει σε κάτι τέτοιο, αφού μόνο το φωτόνιο ήταν έτσι χωρίς μάζα.
Τρεις ερευνητές, οι Μπράουτ Ανγκλέρ και Χιγκς, κατάφεραν από το 1964 να περιγράψουν τις ιδιότητες του πεδίου Χιγκς και να δώσουν τον τρόπο που κατά τη γνώμη τους αυτό θα υπάρχει αλλά και θα συμπεριφέρεται με τέτοιον τρόπο ώστε και το Καθιερωμένο Πρότυπο να ισχύει αλλά και στις χαμηλές ενέργειες, όπου κάνουμε τις μετρήσεις μας, να προκύπτει η ύπαρξη μάζας όπου χρειάζεται.
Τα προβλήματα όμως που πρέπει να λύσουν οι ερευνητές δεν σταματούν όσο δεν σταματάει και το ανθρώπινο μυαλό να ρωτάει «όχι μόνο το ποιοι είναι οι νόμοι της Φυσικής αλλά και το γιατί είναι έτσι», όπως έλεγε ο Φάινμαν. Ενα ακόμη ερώτημα λοιπόν είναι το γιατί διάφορα μεγέθη, βασικά και συχνά εμφανιζόμενα στους τύπους μας όπως η Σταθερά του Πλανκ ή η μάζα του σωματιδίου Χιγκς ή η Σταθερά του Νεύτωνος, έχουν τις συγκεκριμένες τιμές. Και σήμερα υπάρχει μια θεωρία, που ξεκίνησε την καριέρα της πριν από σαράντα χρόνια, η Υπερσυμμετρία, που δίνει τις περισσότερες μέχρι σήμερα εξηγήσεις και αποτελεί την πιο επίδοξη θεωρία για τη Φυσική πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Μόνο που προϋποθέτει την ύπαρξη και άλλων σωματιδίων. Και ποιο είναι το πρόβλημα; Οτι υπήρξαν βάσιμες ελπίδες πως μέσα από τα πειράματα και τις συγκρούσεις στον επιταχυντή του CERN θα μπορούσαν να εμφανιστούν κάποια από αυτά. Μερικοί ερευνητές μάλιστα περίμεναν ότι μπορεί να εμφανίζονταν και πριν από το Χιγκς. Και ξέρετε γιατί; Διότι αυτό θα ήταν μια επιβεβαίωση για τη Θεωρία των Χορδών. Την ύστατη θεωρία αυτή τη στιγμή, για την πιο στοιχειώδη σύσταση της ύλης. Προς το παρόν απογοητεύθηκαν. Ενας από αυτούς και ο σημερινός οδηγός μας στις κακοτοπιές Α. Κεχαγιάς.
Η απειροελάχιστη μελωδία
Στη Θεωρία των Χορδών ενδιαφερόμαστε για το τι συμβαίνει στη λεγόμενη Κλίμακα Πλανκ, δηλαδή σε μήκη τόσο μικρά που είναι 19 τάξεις μεγέθους μικρότερα από το μέγεθος του πρωτονίου. Αν σκεφθούμε όμως ότι κάποια στιγμή το Σύμπαν με όλη την ύλη του ήταν τόσο μικρό και ακόμη μικρότερο, αν μπορούσαμε να έχουμε μια καλή θεωρία θα ήταν πολύ σημαντικό για να κατανοήσουμε την αρχή του και τη δυναμική του ενώ ταυτόχρονα θα συμπλήρωνε την ιδέα που έχουμε για τον υλικό κόσμο. Σύμφωνα με τη Θεωρία των Χορδών, δεν έχουμε εδώ θεμελιώδη σωματίδια αλλά αυτά προκύπτουν από τους ξεχωριστούς τρόπους δόνησης απειροελάχιστων σχηματισμών, με διαστάσεις της Κλίμακας Πλανκ. Κάθε σωματίδιο που υπάρχει ή που θα ανακαλύψουμε στο μέλλον αντιστοιχεί σε έναν διαφορετικό τρόπο δόνησης των χορδών αυτών και στην ενέργειά τους. Και οι ιδιότητές του, μάζα, περιστροφή, φορτίο, εξαρτώνται και αυτές από τη δόνηση. Εχουμε ανοικτές στα δυο άκρα χορδές και κλειστές να σχηματίζουν έναν βρόχο. Ελαφρύτερα σωματίδια αντιστοιχούν σε ταλαντώσεις μικρότερης ενέργειας. Η Θεωρία των Χορδών πέρασε από πολλά κύματα, πότε απόρριψης και πότε αναγνώρισης. Φθάσαμε στη Θεωρία των Υπερχορδών, μια συνεπή θεωρία για την περιγραφή όλων των στοιχειωδών σωματιδίων και των αλληλεπιδράσεών τους, συμπεριλαμβανομένης και της βαρύτητας. Φυσικά, όπως όλες οι επιτυχημένες θεωρίες, έχει και αυτή τις προβλέψεις της. Για παράδειγμα, προβλέπει τη δύναμη της βαρύτητας αφού απαιτεί την ύπαρξη ενός χωρίς μάζα σωματιδίου με σπιν 2, το βαρυτόνιο. Επίσης, σύμφωνα με τη Θεωρία των Υπερχορδών, ο κόσμος μας είναι δέκα διαστάσεων με τις επιπλέον διαστάσεις «συμπαγοποιημένες», πολύ μικρές δηλαδή για να γίνονται αντιληπτές από εμάς και πολύ μικρότερες από το ελάχιστα μετρημένο μήκος μέχρι σήμερα που είναι της τάξης των 10 -17 εκατοστών, μήκος που έχει μετρηθεί στον επιταχυντή του CERN. Οι διαστάσεις αυτές θα μπορούσαν να είναι κοντά στην ενεργειακή κλίμακα που ερευνά το LHC και θα μπορούσαμε ακόμη και να τις δούμε. Γενικά υπάρχει ενδιαφέρον στην κοινότητα της Θεωρητικής Φυσικής να κατασκευαστούν μοντέλα συμβατά με το Καθιερωμένο Πρότυπο όπως το ξέρουμε και για προβλέψεις οι οποίες θα μπορούσαν είτε να απορρίψουν τη Θεωρία των Υπερχορδών είτε να την περιορίσουν.
Εδώ βρισκόμαστε σήμερα. Η Φυσική κάθε άλλο παρά τελείωσε με το Νομπέλ για το σωματίδιο Χιγκς, υπάρχει Φυσική και μετά.
ΚΒΑΝΤΙΚΕΣ ΔΙΟΡΘΩΣΕΙΣ
Το πρόβλημα της «Φυσικότητας»
Η επιβεβαίωση της ύπαρξης του σωματιδίου Χιγκς, κατά τον κ. Κεχαγιά, μας φέρνει πρόσωπο με πρόσωπο με ένα άλλο πρόβλημα. Αρρηκτα συνδεμένο με τις κβαντικές διορθώσεις στη μάζα του σωματιδίου Χιγκς. Αυτές οι κβαντικές διορθώσεις συμβαίνει να είναι τεράστιες και χρειάζεται μια απίστευτα ακριβής επιλογή των παραμέτρων μας για να επιτύχουμε τη μετρούμενη μάζα του σωματιδίου. Να σημειώσουμε ότι «η αρχή της Φυσικότητας» δεν είναι μια αναγκαία προϋπόθεση, απαραίτητη για την εσωτερική συνέπεια της θεωρίας. Είναι απλά συνέπεια της εύλογης υπόθεσης ότι δεν μπορεί να συμβαίνουν συνωμοσίες μεταξύ φαινομένων σε πολύ διαφορετικές ενεργειακές κλίμακες. Για παράδειγμα, στον υπολογισμό της τροχιάς της Σελήνης, ο Νεύτων δεν χρειαζόταν να λύσει τις εξισώσεις κίνησης των ηλεκτρονίων και των πρωτονίων στο εσωτερικό της Σελήνης για να προσδιορίσει την τροχιά της. Ο διαχωρισμός των κλιμάκων για την περιγραφή ενός φυσικού προβλήματος είναι λοιπόν ένας πολύ βασικός κανόνας στη Φυσική. Αυτόν τον κανόνα φαίνεται να παραβιάζει το σωματίδιο Χιγκς, αφού η μάζα του εξαρτάται ισχυρά από Φυσική σε διαφορετικές κλίμακες. Η αρχή της Φυσικότητας είναι ένα κριτήριο και ένας οδηγός για τη φυσική επιστήμη. Στην περίπτωση του σωματιδίου Χιγκς, είναι και ένας οδηγός για το είδος της Νέας Φυσικής που περιμένουμε σε ενεργειακές κλίμακες όχι πολύ μακριά από την ενεργειακή κλίμακα του Καθιερωμένου Προτύπου.
Το πρόβλημα της «Φυσικότητας»
Η επιβεβαίωση της ύπαρξης του σωματιδίου Χιγκς, κατά τον κ. Κεχαγιά, μας φέρνει πρόσωπο με πρόσωπο με ένα άλλο πρόβλημα. Αρρηκτα συνδεμένο με τις κβαντικές διορθώσεις στη μάζα του σωματιδίου Χιγκς. Αυτές οι κβαντικές διορθώσεις συμβαίνει να είναι τεράστιες και χρειάζεται μια απίστευτα ακριβής επιλογή των παραμέτρων μας για να επιτύχουμε τη μετρούμενη μάζα του σωματιδίου. Να σημειώσουμε ότι «η αρχή της Φυσικότητας» δεν είναι μια αναγκαία προϋπόθεση, απαραίτητη για την εσωτερική συνέπεια της θεωρίας. Είναι απλά συνέπεια της εύλογης υπόθεσης ότι δεν μπορεί να συμβαίνουν συνωμοσίες μεταξύ φαινομένων σε πολύ διαφορετικές ενεργειακές κλίμακες. Για παράδειγμα, στον υπολογισμό της τροχιάς της Σελήνης, ο Νεύτων δεν χρειαζόταν να λύσει τις εξισώσεις κίνησης των ηλεκτρονίων και των πρωτονίων στο εσωτερικό της Σελήνης για να προσδιορίσει την τροχιά της. Ο διαχωρισμός των κλιμάκων για την περιγραφή ενός φυσικού προβλήματος είναι λοιπόν ένας πολύ βασικός κανόνας στη Φυσική. Αυτόν τον κανόνα φαίνεται να παραβιάζει το σωματίδιο Χιγκς, αφού η μάζα του εξαρτάται ισχυρά από Φυσική σε διαφορετικές κλίμακες. Η αρχή της Φυσικότητας είναι ένα κριτήριο και ένας οδηγός για τη φυσική επιστήμη. Στην περίπτωση του σωματιδίου Χιγκς, είναι και ένας οδηγός για το είδος της Νέας Φυσικής που περιμένουμε σε ενεργειακές κλίμακες όχι πολύ μακριά από την ενεργειακή κλίμακα του Καθιερωμένου Προτύπου.
ΑΠΟ ΤΟ ΜΙΚΡΟ ΣΤΟ ΑΠΕΙΡΟ
Χάος και κοσμολογία
Κατά την άποψη του κ. Αλ. Κεχαγιά το σωματίδιο Χιγκς, εκτός από τον γνωστό του ρόλο στο Καθιερωμένο Πρότυπο στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων, ίσως να έχει και σημαντικό ρόλο σε έναν τελείως διαφορετικό κόσμο, αυτόν της Kοσμολογίας. Συγκεκριμένα, είναι γενικά παραδεκτό ότι το Σύμπαν στα αρχικά στάδια εξέλιξής του μετά τη Μεγάλη Εκρηξη πέρασε σε ένα στάδιο επιταχυνόμενης διαστολής, παρόμοιο με αυτό που βρίσκεται σήμερα αλλά πολύ πιο βίαιο. Είναι γνωστό ότι το Σύμπαν σήμερα διαστέλλεται επιταχυνόμενο, ανακάλυψη που έδωσε το βραβείο Νομπέλ της Φυσικής το 2011 στους Περλμούτερ, Σμιθ και Ρις. Το στάδιο αυτό ονομάζεται κοσμολογικός πληθωρισμός λόγω του γεγονότος ότι το Σύμπαν πληθωρίστηκε (πολλαπλασιάστηκε δηλαδή) σε μέγεθος και εντροπία κατά έναν τεράστιο παράγοντα της τάξης του 1026. Αυτό είναι σαν ένα πρωτόνιο να μεγαλώσει σε χρόνο περίπου 10-33 δευτερόλεπτα και να καταλάβει όλο το ηλιακό μας σύστημα. Υπαίτιος του κοσμολογικού πληθωρισμού πιστεύεται ότι είναι ένα σωματίδιο το οποίο ονομάζεται πληθωρόνιο (inflaton). Το σωματίδιο αυτό όχι μόνον αναγκάζει το Σύμπαν να υπερπολλαπλασιάσει το μέγεθός του, αλλά οι κβαντικές του διακυμάνσεις «πληθωρίζονται» επίσης και γίνονται τόσο τεράστιες που αποτελούν τον σπόρο για τη δημιουργία δομών μεγάλης κλίμακας, δηλαδή της δομής που βλέπουμε κοιτάζοντας τον ουρανό. Το πληθωρόνιο είναι βαθμωτό πεδίο και μια πιθανή ερώτηση είναι αν μπορεί το σωματίδιο Χιγκς, που είναι και αυτό βαθμωτό πεδίο, εκτός του ότι δίνει μάζες και σπάει τη συμμετρία στον μικρόκοσμο των στοιχειωδών σωματιδίων, να συμμετέχει επίσης στη δυναμική του μακρόκοσμου δημιουργώντας μια πληθωριστική φάση στην ιστορία της εξέλιξης του Σύμπαντος. Για πολύ καιρό πιστεύαμε ότι αυτό δεν είναι δυνατόν λόγω του γεγονότος ότι η αυτοαλληλεπίδραση του σωματιδίου Χιγκς είναι πολύ ισχυρή για να δημιουργήσει πληθωρισμό. Εντούτοις, πρόσφατα έχει δειχθεί ότι μεταβάλλοντας τον τρόπο με τον οποίο το σωματίδιο Χιγκς «βλέπει», αλληλεπιδρά δηλαδή με τη βαρύτητα, μπορεί να οδηγήσει σε αρκετό πληθωρισμό που να εξηγεί τα κοσμολογικά προβλήματα και ταυτόχρονα να δημιουργεί και τη δομή μεγάλης κλίμακας. Τέτοια μοντέλα είναι ιδιαίτερα αγαπητά στους επιστήμονες γιατί είναι «φτιαγμένα από γνωστά υλικά» και δεν χρειάζεται να υποθέσει κανείς επιπλέον εξωτικά ή μη σωματίδια. Ο πληθωρισμός Χιγκς είναι ένα από τα πολλά πληθωριστικά μοντέλα που μελετώνται και συγκρίνονται με τα τελευταία δεδομένα από τη διαστημική αποστολή Πλανκ για τη μελέτη της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου.
Χάος και κοσμολογία
Κατά την άποψη του κ. Αλ. Κεχαγιά το σωματίδιο Χιγκς, εκτός από τον γνωστό του ρόλο στο Καθιερωμένο Πρότυπο στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων, ίσως να έχει και σημαντικό ρόλο σε έναν τελείως διαφορετικό κόσμο, αυτόν της Kοσμολογίας. Συγκεκριμένα, είναι γενικά παραδεκτό ότι το Σύμπαν στα αρχικά στάδια εξέλιξής του μετά τη Μεγάλη Εκρηξη πέρασε σε ένα στάδιο επιταχυνόμενης διαστολής, παρόμοιο με αυτό που βρίσκεται σήμερα αλλά πολύ πιο βίαιο. Είναι γνωστό ότι το Σύμπαν σήμερα διαστέλλεται επιταχυνόμενο, ανακάλυψη που έδωσε το βραβείο Νομπέλ της Φυσικής το 2011 στους Περλμούτερ, Σμιθ και Ρις. Το στάδιο αυτό ονομάζεται κοσμολογικός πληθωρισμός λόγω του γεγονότος ότι το Σύμπαν πληθωρίστηκε (πολλαπλασιάστηκε δηλαδή) σε μέγεθος και εντροπία κατά έναν τεράστιο παράγοντα της τάξης του 1026. Αυτό είναι σαν ένα πρωτόνιο να μεγαλώσει σε χρόνο περίπου 10-33 δευτερόλεπτα και να καταλάβει όλο το ηλιακό μας σύστημα. Υπαίτιος του κοσμολογικού πληθωρισμού πιστεύεται ότι είναι ένα σωματίδιο το οποίο ονομάζεται πληθωρόνιο (inflaton). Το σωματίδιο αυτό όχι μόνον αναγκάζει το Σύμπαν να υπερπολλαπλασιάσει το μέγεθός του, αλλά οι κβαντικές του διακυμάνσεις «πληθωρίζονται» επίσης και γίνονται τόσο τεράστιες που αποτελούν τον σπόρο για τη δημιουργία δομών μεγάλης κλίμακας, δηλαδή της δομής που βλέπουμε κοιτάζοντας τον ουρανό. Το πληθωρόνιο είναι βαθμωτό πεδίο και μια πιθανή ερώτηση είναι αν μπορεί το σωματίδιο Χιγκς, που είναι και αυτό βαθμωτό πεδίο, εκτός του ότι δίνει μάζες και σπάει τη συμμετρία στον μικρόκοσμο των στοιχειωδών σωματιδίων, να συμμετέχει επίσης στη δυναμική του μακρόκοσμου δημιουργώντας μια πληθωριστική φάση στην ιστορία της εξέλιξης του Σύμπαντος. Για πολύ καιρό πιστεύαμε ότι αυτό δεν είναι δυνατόν λόγω του γεγονότος ότι η αυτοαλληλεπίδραση του σωματιδίου Χιγκς είναι πολύ ισχυρή για να δημιουργήσει πληθωρισμό. Εντούτοις, πρόσφατα έχει δειχθεί ότι μεταβάλλοντας τον τρόπο με τον οποίο το σωματίδιο Χιγκς «βλέπει», αλληλεπιδρά δηλαδή με τη βαρύτητα, μπορεί να οδηγήσει σε αρκετό πληθωρισμό που να εξηγεί τα κοσμολογικά προβλήματα και ταυτόχρονα να δημιουργεί και τη δομή μεγάλης κλίμακας. Τέτοια μοντέλα είναι ιδιαίτερα αγαπητά στους επιστήμονες γιατί είναι «φτιαγμένα από γνωστά υλικά» και δεν χρειάζεται να υποθέσει κανείς επιπλέον εξωτικά ή μη σωματίδια. Ο πληθωρισμός Χιγκς είναι ένα από τα πολλά πληθωριστικά μοντέλα που μελετώνται και συγκρίνονται με τα τελευταία δεδομένα από τη διαστημική αποστολή Πλανκ για τη μελέτη της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου.
ΕΝΤΥΠΗ ΕΚΔΟΣΗ
