Σύνταξη – επιμέλεια: Στέλιος Βασιλούδης
Μερικοί φυσικοί υποψιάζονταν, εδώ και καιρό, ότι η κατανόηση των μυστηριωδών σωματιδίων – φάντασμα που βρίσκονται στον κόσμο γύρω μας, θα μπορούσαν να προωθήσουν σημαντικά την γνώση μας για την αληθινή φύση του Σύμπαντος. Τώρα οι επιστήμονες πιστεύουν ότι έχουν βρει έναν τρόπο να αποδείξουν αν υπάρχουν ή όχι.
Το κέντρο έρευνας σωματιδίων της Ευρώπης Cern, ενέκρινε ένα πείραμα που έχει σχεδιαστεί να διερευνήσει στοιχεία για αυτά. Το νέο όργανο θα είναι χίλιες φορές πιο ευαίσθητο για εντοπισμό τέτοιων σωματιδίων από προηγούμενες συσκευές – θα προκαλεί σύγκρουση σωματιδίων σε μια σκληρή επιφάνεια προκειμένου να τα ανιχνεύσει, αντί της σύγκρουσης του ενός με το άλλο την οποία προκαλεί και ανιχνεύει η κύρια συσκευή του Cern, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC).
Τι είναι τα σωματίδια – φάντασμα
Ποια είναι λοιπόν αυτά τα σωματίδια και γιατί χρειάστηκε μια νέα προσέγγιση για την ανίχνευση τους; Η τρέχουσα θεωρία της σωματιδιακής φυσικής ονομάζεται Καθιερωμένο Μοντέλο (Standard Model). Σύμφωνα με το μοντέλο, τα πάντα στο Σύμπαν αποτελούνται από μια οικογένεια 17 σωματιδίων – πολύ γνωστά όπως το ηλεκτρόνιο και το μποζόνιο Higgs – καθώς και από το λιγότερο γνωστό αλλά θαυμάσια ονομαζόμενο γοητευτικό κουάρκ, το νετρόνιο και το γλουόνιο.
Μερικά αναμιγνύονται σε διαφορετικούς συνδυασμούς για να δημιουργήσουν τα μεγαλύτερα, αλλά ακόμη απίστευτα μικρά, σωματίδια που αποτελούν τον κόσμο γύρω μας, καθώς και τα άστρα και τους γαλαξίες που βλέπουμε στο διάστημα, ενώ άλλα εμπλέκονται στις δυνάμεις της φύσης. Όμως, υπάρχει ένα πρόβλημα: οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει πράγματα στους ουρανούς – τον τρόπο που κινούνται οι γαλαξίες, για παράδειγμα – που υποδηλώνουν έντονα ότι όλα όσα μπορούμε να παρατηρήσουμε αποτελούν μόλις το 5% Σύμπαντος.
Μέρος, ή ακόμη και όλο το υπόλοιπο Σύμπαν, θα μπορούσε να αποτελείται από «φαντάσματα» ή «κρυμμένα» σωματίδια. Θεωρούνται ότι αποτελούν σωσίες των 17 σωματιδίων του Καθιερωμένου Μοντέλου. Εάν υπάρχουν, είναι πραγματικά δύσκολο να εντοπιστούν γιατί πολύ σπάνια αλληλοεπιδρούν με τον κόσμο που γνωρίζουμε. Σαν φαντάσματα, περνούν κατευθείαν μέσα από τα πάντα και δεν μπορούν να εντοπιστούν από καμία γήινη συσκευή. Όμως η θεωρία είναι ότι τα σωματίδια – φάντασμα μπορούν, πολύ σπάνια, να διασπαστούν σε σωματίδια Καθιερωμένου Μοντέλου, και αυτά μπορούν να εντοπιστούν από ανιχνευτές. Το νέο όργανο επαυξάνει τις πιθανότητες ανίχνευσης αυτών των αποσυντιθέμενων σωματιδίων αυξάνοντας κατά πολύ τον αριθμό των συγκρούσεων.
Αντί τα σωματίδια να συγκρούονται μεταξύ τους, όπως στα περισσότερα τρέχοντα πειράματα, το νέο όργανο που ονομάζεται SHiP από το Search for Hidden Particles, θα προκαλεί συντριβή τους σε ένα μεγάλο μπλοκ υλικού. Αυτό σημαίνει ότι όλα τα σωματίδια θα θρυμματίζονται σε μικρότερα κομμάτια – αντί για μερικά από αυτά.
Ο επικεφαλής του έργου, καθηγητής Andrey Golutvin του Imperial College του Λονδίνου, δήλωσε ότι το πείραμα «σηματοδοτεί μια νέα εποχή στην αναζήτηση κρυμμένων σωματιδίων». «Το SHiP έχει τη μοναδική δυνατότητα να λύσει πολλά από τα μεγάλα προβλήματα της σωματιδιακής φυσικής και έχουμε την προοπτική να ανακαλύψουμε σωματίδια που δεν τα έχουμε ξαναδεί», πρόσθεσε. Το κυνήγι σωματιδίων – φαντασμάτων απαιτεί ειδικά προσαρμοσμένο εξοπλισμό. Με κανονικά πειράματα, χρησιμοποιώντας τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων για παράδειγμα, μπορούν να ανιχνευθούν νέα σωματίδια σε απόσταση μέχρι ενός μέτρου από τη σύγκρουση. Όμως τα σωματίδια – φάντασμα μπορούν να παραμείνουν αόρατα και να ταξιδέψουν αρκετές δεκάδες ή και εκατοντάδες μέτρα πριν διαλυθούν και αποκαλυφθούν. Έτσι οι ανιχνευτές του SHiP τοποθετούνται πολύ πιο μακριά.
«Είμαστε εξερευνητές»
Ο καθηγητής Mitesh Patel του Imperial College περιέγραψε τη νέα προσέγγιση ως «ευφυή».
«Αυτό που με ελκύει πραγματικά σχετικά με το πείραμα είναι ότι αυτά τα σωματίδια βρίσκονται ακριβώς κάτω από τη μύτη μας, αλλά δεν μπορέσαμε ποτέ να τα δούμε λόγω του τρόπου με τον οποίο αλληλοεπιδρούν, ή μάλλον του τρόπου με τον οποίο δεν αλληλοεπιδρούν. Είμαστε εξερευνητές και πιστεύουμε ότι μπορούμε να δούμε κάτι ενδιαφέρον σε αυτό το νέο έδαφος. Επομένως, πρέπει να ρίξουμε μια ματιά», συμπληρώνει.
Το SHiP θα κατασκευαστεί σε υπάρχουσες εγκαταστάσεις στο Cern, σύμφωνα με την Dr Claudia Ahdida, φυσικό στο Cern. «Θα χρησιμοποιήσουμε ένα υπάρχον σπήλαιο και υποδομές και μέρη που θα προσπαθήσουμε να επαναχρησιμοποιήσουμε όσο το δυνατόν περισσότερο και αυτό που θα έχουμε θα είναι μια εγκατάσταση που θα μας βοηθήσει να διερευνήσουμε αυτόν τον κρυφό τομέα, που δεν έχουμε ξαναδεί ποτέ», πρόσθεσε.
Το SHiP θα τρέξει παράλληλα με όλα τα άλλα πειράματα του Cern, το μεγαλύτερο από τα οποία είναι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων, ο οποίος αναζητά το χαμένο 95% του Σύμπαντος από τότε που ολοκληρώθηκε το 2008 με κόστος 4,5 δις ευρώ. Μέχρι στιγμής δεν έχει βρει κανένα σωματίδιο εκτός καθιερωμένου μοντέλου, και έτσι το σχέδιο είναι να κατασκευαστεί μια μηχανή που να είναι τρεις φορές μεγαλύτερη και πολύ πιο ισχυρή.
Ο Μελλοντικός Γραμμικός Επιταχυντής (Future Circular Collider) έχει εκτιμώμενο αρχικό κόστος 14 δις ευρώ. Η προγραμματισμένη ημερομηνία έναρξης λειτουργίας του είναι κάποια στιγμή στα μέσα της δεκαετίας του 2040, αν και η εκμετάλλευση του πλήρους δυναμικού του στο κυνήγι σωματιδίων υπολογίζεται για το 2070.
Αντίθετα, το πείραμα SHiP έχει προγραμματιστεί να αρχίσει να αναζητά νέα σωματίδια το 2030 και θα είναι περίπου εκατό φορές φθηνότερο, με κόστος 12 εκατ. ευρώ περίπου.
Οι ερευνητές λένε ότι χρειάζονται όλες οι προσεγγίσεις για να διερευνηθούν όλες οι πιθανές επιλογές προκειμένου να βρεθούν τα σωματίδια που πιστεύουν ότι θα οδηγούσαν σε μια από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις όλων των εποχών στη Φυσική.
