Μετρήσεις στο CERN αλλάζουν την εικόνα μας για τον κόσμο

Φαίνεται πως οι επικρατούσες αντιλήψεις για τη δομή της ύλης δεν ικανοποιούν πλήρως τους φυσικούς οι οποίοι αναζητούν μια ενιαία –και πειστική– θεωρία που ίσως αλλάξει την εικόνα μας για τον κόσμο. Σύμφωνα με τελευταία δημοσιεύματα, οι μετρήσεις από έναν από τους τέσσερις ανιχνευτές του CERN, τον LHCb, δημιουργούν αμφιβολίες για την ισχύ τής μέχρι σήμερα παραδεδεγμένης θεωρίας του «Καθιερωμένου Προτύπου», όπως αποκαλείται (Standard Model).

Το μεγάλο όνειρο των φυσικών είναι να ανακαλύψουν μια ενιαία θεωρία που να ερμηνεύει τη δομή της ύλης. Και μέχρι σήμερα αυτό δεν το έχουν καταφέρει. Ακόμη και ο Αϊνστάιν ασχολήθηκε με το θέμα αυτό στα τελευταία χρόνια της ζωής του, ανεπιτυχώς.

Ερμηνείες για τη φύση των δυνάμεων μέσα στον πυρήνα των στοιχειωδών σωματιδίων έχουν δώσει οι επιστήμονες. Δεν μπόρεσαν όμως ακόμη να εξηγήσουν την πιο συνηθισμένη και πιο οικεία σε όλους μας δύναμη, τη βαρύτητα. Αυτό τους εμποδίζει να αναπτύξουν μια ενιαία θεωρία. Τους βάζει όμως σε σκέψη και κάτι ακόμη. Έχουν ανακαλύψει, μέχρι στιγμής, περίπου 18 στοιχειώδη σωματίδια – τα πιο μικρά σωματίδια από τα οποία αποτελείται η ύλη. Αλλά ο αριθμός τους (18) είναι αρκετά μεγάλος για να θεωρούνται στοιχειώδη. Αναζητούν, λοιπόν, μήπως η ύλη αποτελείται από ακόμη μικρότερα, λιγότερα σε αριθμό σωματίδια, και μήπως ο κόσμος είναι λιγότερο περίπλοκος από τη μορφή που του δίνουν σήμερα.

Η τελευταία δημοσίευση που εγείρει αμφιβολίες για την ισχύ της παραδεδεγμένης θεωρίας (του Καθιερωμένου Προτύπου), δεν δίνει λύση στο πρόβλημα. Απλώς αμφισβητεί, με ισχυρές ενδείξεις, την ισχύ της θεωρίας.

Το θέμα έχει να κάνει με τον διαφορετικό ρυθμό διάσπασης δύο λεπτονίων, του ταυ και του μιονίου. Και αυτό βάζει τους επιστήμονες σε σκέψεις μήπως υπάρχουν δυνάμεις που επιδρούν και δημιουργούν αυτόν τον διαφορετικό ρυθμό διάσπασης, οι οποίες σήμερα δεν είναι γνωστές και η ανακάλυψή τους μπορεί να οδηγήσει σε άλλες, πολύ διαφορετικές παραδοχές για τον κόσμο.

Εδώ διακρίνεται όλη η καχυποψία των επιστημόνων για την παραδεδεγμένη θεωρία.

Η αποδεκτή σήμερα θεωρία
Τι ακριβώς λέει η θεωρία του «Καθιερωμένου Προτύπου»; Δέχεται ως στοιχειώδεις μονάδες της ύλης τα κουαρκ και τα λεπτόνια (ηλεκτρόνιο, μιόνιο και το σωμάτιο ταυ) και πως τα σωμάτια αυτά συγκρατούνται με την άσκηση θεμελιωδών δυνάμεων.

Οι δυνάμεις αυτές είναι η ισχυρή πυρηνική (κρατά ενωμένα τα κουαρκ μεταξύ τους), η ηλεκτρομαγνητική (κρατά ενωμένα σε οικογένειες τα κουαρκ και τα λεπτόνια), η ασθενής (συγκρατεί τα πρωτόνια και τα νετρόνια στους πυρήνες των ατόμων) και η βαρύτητα (συγκρατεί τα σωματίδια που έχουν μάζα).

Το ερώτημα τώρα είναι πώς ασκούνται αυτές οι δυνάμεις. Ασκούνται με την ανταλλαγή ενός σωματιδίου. Δηλαδή, στην περίπτωση της ισχυρής πυρηνικής που συγκρατεί τα κουαρκ, ανταλλάσσεται μεταξύ των κουαρκ ένα σωματίδιο το οποίο ονομάζεται γλουόνιο. Στην περίπτωση της ηλεκτρομαγνητικής το σωματίδιο που ανταλλάσσεται λέγεται φωτόνιο, στην περίπτωση της ασθενούς, W και Z μποζόνια, και στην περίπτωση της βαρύτητας, βαρυτόνιο, αν και το τελευταίο δεν έχει ανακαλυφθεί.. Ενώ οι τρεις πρώτες δυνάμεις έχουν ερευνηθεί και ενοποιηθεί, οι επιστήμονες δεν μπορούν να ενοποιήσουν μαζί με αυτές και τη βαρύτητα. Και εδώ είναι που αρχίζουν τα προβλήματα και οι αμφιβολίες.

Τι ερευνούν στο CERN
Το πείραμα στο CERN δεν διερευνά μόνο την ύπαρξη του σωματιδίου (ή μποζονίου) Higgs, το οποίο οι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι κατά 99,999…% το εντόπισαν. Διερευνά στοιχεία για την σκοτεινή ύλη, τη σκοτεινή ενέργεια, το σπάσιμο της συμμετρίας κτλ. Κατά τη Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) διαμορφώθηκαν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης. Δεν έχουμε καμιά ένδειξη ύπαρξης αντιύλης. Τι απέγινε; Η απάντηση που δίνεται είναι ότι η συμμετρία ύλης και αντιύλης έσπασε πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Κατά τη Θεωρία του Καθιερωμένου Προτύπου η συνολική υλοενέργεια (ύλη-ενέργεια) του σύμπαντος περιέχει 4,9% συνηθισμένη ύλη, 26,8% σκοτεινή ύλη και 68,3% σκοτεινή ενέργεια. Αντιλαμβάνεστε πόσο μικρό μέρος του σύμπαντος γνωρίζουμε.

Στο CERN σωματίδια, κυρίως πρωτόνια και βαρέα ιόντα μολύβδου, συγκρούονται σε έναν μεγάλο επιταχυντή ο οποίος καλείται LHC (Large Hadron Collider). Οι συγκρούσεις δεν γίνονται τυχαία, αλλά σε ορισμένες θέσεις που έχουν τοποθετηθεί ανιχνευτές. Οι ανιχνευτές αυτοί είναι: Ο CMS (Compact Muon Solenoid) και ο Atlas στους οποίους διερευνάται η ύπαρξη του σωματιδίου Higgs (στον Atlas αναζητείται και η ύπαρξη σκοτεινής ύλης), ο ALICE (Α Large Ion Collider Experiment), στον οποίο διερευνώνται οι στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, και ο LHCb (το b σημαίνει beauty), ο οποίος σχεδιάστηκε για να απαντήσει στο ερώτημα που πήγε η αντιύλη.

Η αμφισβήτηση
Από αυτόν τον τελευταίο ανιχνευτή είναι τα στοιχεία των μετρήσεων τα οποία χρησιμοποίησαν οι επιστήμονες με επικεφαλής τον Χασάν Τζαβάχερι, καθηγητή φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ.

Σε αντίθεση με το τρίτο είδος λεπτονίων, τα ηλεκτρόνια, τα δύο άλλα, τα ταυ λεπτόνια και τα μιόνια, είναι εξαιρετικά ασταθή, με συνέπεια να διασπώνται σε ελάχιστο χρόνο. Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο, αν γίνει η σχετική διόρθωση για τη διαφορά μάζας τους, οι διασπάσεις τους έπρεπε να γίνονται με τον ίδιο ρυθμό.

Ωστόσο, σύμφωνα με την ανάλυση των επιστημόνων, η οποία θα δημοσιευτεί στο περιοδικό Physical Review Letters, οι ρυθμοί διάσπασης των δύο συγκεκριμένων ειδών παρουσιάζουν μια αισθητή, αν και μικρή, διαφορά.

Αν οι υπολογισμοί τους ισχύουν, το συμπέρασμα τότε είναι ότι πιθανώς στη διαδικασία εμπλέκονται άγνωστες έως σήμερα δυνάμεις ή σωμάτια.

Με δεδομένο πως η ίδια «μεταχείριση» των λεπτονίων είναι θεμελιώδες χαρακτηριστικό του Καθιερωμένου Προτύπου, «τότε θα μπορούμε να πούμε πως βρήκαμε αποδείξεις για ένα φαινόμενο πέρα από τη συγκεκριμένη θεωρία», συνεπώς η αναθεώρησή της θα μεταβάλει και την εικόνα που έχουμε για τον κόσμο.