Πέμπτη, 5 Ιουλίου 2012

Η σημασία του Μποζονίου του Χιγκς (σε απλά ελληνικά)

Στον Πίτερ Χιγκς δεν άρεσε το παρατσούκλι «σωματίδιο του Θεού» που προσδόθηκε στο υπό αναζήτηση μποζόνιο, ήδη από τη δεκαετία του 1990. Ωστόσο, επειδή η απόδειξη της ύπαρξής του θα ήταν ιδιαίτερα σημαντική, εξαιτίας του ρόλου που εκτιμάτο ότι έπαιζε στο Σύμπαν, το παρατσούκλι έμεινε. Γιατί όμως είναι τόσο σημαντικό;



Τι είναι το μποζόνιο του Χιγκς; 

Είναι ένα σωματίδιο, σήμα κατατεθέν ενός πεδίου που απλώνεται σε ολόκληρο το Σύμπαν και προσδίδει στα σωματίδια τη μάζα που έχουν. Οφείλει το όνομά του στον 83χρονο σήμερα φυσικό από το Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου Πίτερ Χιγκς, που πρότεινε την ύπαρξή του πριν από 48 χρόνια. Επιστήμονες θεωρούν ότι αμέσως μόλις έγινε η Μεγάλη Εκρηξη, πολλά σωματίδια δεν είχαν μάζα αλλά την απέκτησαν χάρη σε αυτό το πεδίο που φέρει επίσης το όνομα του Χιγκς. Οποιο σωματίδιο αλληλεπιδρά με το πεδίο αποκτά μάζα. Η ύπαρξη του σωματιδίου Χιγκς που είναι αλληλένδετη με το ομώνυμο πεδίο, είναι καθοριστική για να κατανοήσουμε την προέλευση της μάζας.

Ποια είναι η σπουδαιότητα του πεδίου Χιγκς;

Κατ' αρχάς πρόκειται για ένα αόρατο ενεργειακό πεδίο που απλώνεται σε ολόκληρο το Σύμπαν. «Αιχμαλωτίζει» τα στοιχειώδη σωματίδια όπου κι αν βρίσκονται και τα καθιστά βαρύτερα προσδίδοντάς τους μάζα. Όμως δεν περνούν όλα τα σωματίδια το ίδιο εύκολα μέσα από το πεδίο. Ορισμένα, όπως τα φωτόνια, διέρχονται «ανενόχλητα» και άλλα με δυσκολία όπως ένας ελέφαντας σε βάλτο. Η ουσία είναι ότι θεωρητικά κανένα σωματίδιο δεν είχε μάζα αλλά την απέκτησε όταν ενεργοποιήθηκε το πεδίο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Γιατί θεωρείται επομένως τόσο σημαντική η ανακάλυψη του σωματιδίου;

Επειδή αποδεικνύει και κυρίως συμπληρώνει την αξιοπιστία μιας θεωρίας της σύγχρονης Φυσικής που ονομάζεται Καθιερωμένο Μοντέλο και η οποία μας βοηθά να ερμηνεύσουμε πράγματα που γίνονται πάνω στη Γη αλλά και πολύ πιο μακριά, στο αχανές Σύμπαν. Το Καθιερωμένο Μοντέλο πρεσβεύει ότι το Σύμπαν αποτελείται από 12 δομικά συστατικά που λέγονται στοιχειώδη σωματίδια και «διοικείται» από τέσσερις κυρίαρχες δυνάμεις. Όμως αυτή η θεωρία, το καλύτερο δηλαδή ερμηνευτικό εργαλείο που έχουμε, δυστυχώς δεν αρκεί για να κατανοήσουμε τα πάντα στο Σύμπαν.

Ποιο είναι το κομμάτι του παζλ που έλειπε από το Καθιερωμένο Μοντέλο και συμπληρώθηκε με τη χθεσινή ανακάλυψη;

Είναι η προέλευση της μάζας. Η μάζα που αποτελεί εμάς τους ίδιους, τα ζώα, τα φυτά, ό,τι πιάνουμε και βλέπουμε στη Γη και στο Σύμπαν. Το σωματίδιο του Χιγκς και το αντίστοιχο ομώνυμο πεδίο που αναφέραμε πιο πάνω μάς εξηγούν πώς τα σωματίδια αποκτούν τη μάζα τους και στη συνέχεια ξεχύνονται στο Σύμπαν κατευθυνόμενα από διάφορες δυνάμεις για να δημιουργήσουν με τη συμπεριφορά τους τον κόσμο. Αν δεν υπήρχε η μάζα όλα τα σωματίδια, από το μικρότερο μέχρι το μεγαλύτερο, θα περιφέρονταν με ταχύτητα του φωτός χωρίς να υπάρχει τίποτα το υλικό, χειροπιαστό στο Σύμπαν.

Ποια πράγματα μπορούμε να καταλάβουμε χρησιμοποιώντας το Καθιερωμένο Μοντέλο;

Το Καθιερωμένο Μοντέλο περιγράφει τον φυσικό κόσμο χρησιμοποιώντας σωματίδια και τέσσερις αλληλεπιδράσεις. Αυτές είναι η βαρύτητα, ο ηλεκτρομαγνητισμός, η ασθενής και η ισχυρή πυρηνική αλληλεπίδραση. Αυτά χρειάζονται όλα κι όλα οι φυσικοί, προκειμένου να εξηγήσουν κάθε φυσικό φαινόμενο πάνω στη Γη, καθώς και τις διεργασίες που συμβαίνουν στον Ηλιο και σε κάθε αστέρα που βλέπουμε στον νυχτερινό ουρανό.

Με ποιον τρόπο κατάφεραν οι επιστήμονες να βρουν το επίμαχο σωματίδιο;

Με έμμεσο τρόπο. Δημιουργώντας συγκρούσεις με δέσμες πρωτονίων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων του CERN, που εκτοξεύονταν η μία πάνω στην άλλη σχεδόν με ταχύτητα φωτός. Από τις συγκρούσεις αυτές προέκυπταν διάφορα σωματίδια που «παγιδεύονταν» στους ανιχνευτές του CERN και τα οποία υποδήλωσαν σε ορισμένες περιπτώσεις την ύπαρξη του σωματιδίου Χιγκς το οποίο ζει για απειροελάχιστο χρονικό διάστημα.

Και τώρα που ανακαλύφθηκε το σωματίδιο με τι θα ασχολείται ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων στο CERN;

Χωρίς δουλειά δεν θα μείνει γιατί από εδώ και πέρα περνάμε σε άλλο επίπεδο στη Φυσική, πιο δύσκολο. Είναι πολλά τα πράγματα που δεν κατανοούμε στο Σύμπαν και η συνδρομή του CERN ελπίζεται να είναι καθοριστική. Μεταξύ άλλων, στο μέλλον, οι επιστήμονες θα επιχειρήσουν να κατανοήσουν τη λεγόμενη σκοτεινή ύλη που λέγεται ότι αποτελεί το 25% του Σύμπαντος αλλά δεν εκπέμπει καθόλου φως ή κάποιο άλλο είδος ακτινοβολίας, τις μαύρες τρύπες και τις περίφημες έξτρα διαστάσεις.

Εντέλει, ποιος είχε την ιδέα να ονομαστεί «σωματίδιο του Θεού;» 

Όχι ο ίδιος ο Χιγκς πάντως που έχει δηλώσει ότι είναι άθεος. Το παρατσούκλι οφείλεται στον νομπελίστα φυσικό Λίον Λέντερμαν που εξέδωσε ένα σχετικό βιβλίο το 1993 και οι εκδότες τού είπαν να ονομάσει έτσι το σωματίδιο.

EDIT ***
και ένα εξαιρετικό βιντεάκι που πρότεινε στα σχόλια ο manos_tzatz , που εξηγεί σε 7 λεπτά τι είναι το σωματίδιο αυτό.
 
The Higgs Boson Explained from PHD Comics on Vimeo.

2 σχόλια:

manos_tzatz είπε...

Αυτό το βιντεάκι είναι μάλλον το καλύτερο που βρήκα πάνω στο θέμα! Εξηγεί με σκίτσα και αρκετά απλοϊκά τι είναι το σωματίδιο Χιγκς:
http://vimeo.com/41038445
(Η εξήγηση αρχίζει από το 0:38)

Mandragoras είπε...

το βίντεο είναι εξαιρετικό! κολλάς!!
θα το βάλω μέσα στην ανάρτηση!