Ο κόσμος της φυσικής είναι γεμάτος με ειδήσεις από μια απροσδόκητη κατάσταση κατόπτευση στον επιταχυντή Tevatron Fermilab στο Ιλλινόις – μια γεύση από άγνωστης ταυτότητας σωματίδια που, εφόσον αποδειχθεί ότι είναι πραγματικό, θα αλλάξει άρδην τις επικρατούσες ιδέες των φυσικών για το πώς λειτουργεί η φύση και πώς τα σωματίδια αποκτούν τη μάζα τους .Το υποψήφιο σωματίδιο μπορεί να μην ανήκει στο Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, την καλύτερη θεωρία των φυσικών για το πώς αλληλεπιδρούν τα σωματίδια και τις δυνάμεις. Αντιθέτως, ορισμένοι λένε ότι μπορεί να είναι η πρώτη ένδειξη μιας νέας δύναμης της φύσης, που ονομάζεται Technicolor, και η οποία θα λύσει κάποια προβλήματα με το καθιερωμένο μοντέλο, που όμως θα αφήσει άλλα προβλήματα αναπάντητα.
Technicolor
Το τεχνικολόρ δεν έχει να κάνει με την κατασκευή ταινιών του Χόλυγουντ, αλλά μας πάει πίσω στην αρχή του σύμπαντος, όταν δύο από τις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης, ο ηλεκτρομαγνητισμός και η ασθενής πυρηνική δύναμη (η οποία διέπει την διάσπαση βήτα του πυρήνα), ήταν ενωμένες σε μια ενιαία δύναμη – την ηλεκτρασθενή δύναμη. Όταν κλάσματα του δευτερολέπτου μετά το σύμπαν ψύχθηκε, οι δυνάμεις διαχωρίστηκαν. Οι δύο δυνάμεις φαίνονται να είναι σήμερα πολύ διαφορετικές: τα φωτόνια, οι φορείς του ηλεκτρομαγνητισμού, είναι άμαζα, ενώ τα σωματίδια W και Ζ, οι φορείς της ασθενούς δύναμης, έχουν μάζα. Αλλά γιατί;
Για να εξηγήσουν το πώς τα σωματίδια W και Z απέκτησαν μάζα, οι φυσικοί προτείνουν κάτι που ονομάζεται Higgs – ένα κβαντικό πεδίο που διαπερνά όλο το χώρο. Το σωματίδιο που σχετίζονται με το πεδίο Higgs, το μποζόνιο Higgs (κάθε κβαντικό πεδίο σχετίζεται με ένα σωματίδιο), εκτιμάται τόσο που επονομάζεται "το σωματίδιο του Θεού”.
Όμως μερικοί φυσικοί εμπιστεύονται μια άλλη θεωρία: την Technicolor, η οποία δίνει μία πέμπτη δύναμη εκτός από τις τέσσερις που γνωρίζουμε. Αυτή η 5η δύναμη είναι παρόμοια με την ισχυρή δύναμη, η οποία δεσμεύει μαζί τα κουάρκ, αλλά λειτουργεί σε πολύ υψηλές ενέργειες. Θα μπορούσε να μας προσφέρει, επίσης, κι ένα νέο υποψήφιο σωματίδιο για τη σκοτεινή ύλη: το technicolor.
Επίσης, με αυτή την 5η δύναμη τα σωματίδια θα μπορούσαν να αποκτήσουν τις μάζες τους και χωρίς το μποζόνιο Χιγκς.
Η παρατήρηση έγινε από το πείραμα CDF στο Fermilab, στο οποίο οι φυσικοί βάζουν να συγκρουστούν μαζί δέσμες πρωτονίων και αντιπρωτονίων, 2 εκατομμύρια φορές κάθε δευτερόλεπτο. Τα δεδομένα, που συγκεντρώνονται εδώ και οκτώ χρόνια, εξετάζονται για το αν παράγεται στις πολυπληθείς συγκρούσεις ένα μποζόνιο W, ο φορέας της ασθενούς πυρηνικής δύναμης, και ένα ζευγάρι από πίδακες διαφόρων σωματιδίων.
Οι φυσικοί προβλέπουν ότι ο αριθμός αυτών των γεγονότων – που παράγουν ένα μποζόνιο W και ένα ζεύγος πιδάκων – θα μειώνεται, καθώς θα αυξάνεται η μάζα του ζεύγους αυτού. Αλλά τα δεδομένα (δείτε το παρακάτω γράφημα) έδειξαν κάτι παράξενο: μια απότομη αύξηση του αριθμού των γεγονότων, όταν η μάζα του ζεύγους των πιδάκων είχε ενέργεια περίπου 145 GeV.
Είναι όντως μια απροσδόκητη επιτυχία;
Αυτή η κορυφή υποδηλώνει ότι τα πρόσθετα ζεύγη από πίδακες είχαν παραχθεί από ένα νέο σωματίδιο, που ζυγίζει περίπου 145 GeV.
“Περιμέναμε να δούμε ένα ομαλό σχήμα που να μειώνεται όσο αυξανόταν η μάζα", λέει το μέλος της ομάδας CDF Pierluigi Catastini του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ. «Αντί αυτού παρατηρούμε μια υπερβολή των γεγονότων συγκεντρωμένη σε μία στενή περιοχή, και φαίνεται να είναι μια απότομη προεξοχή, η τυπική υπογραφή ενός σωματιδίου"
Είναι άκρως ερεθιστικό, ότι υπάρχει 1 στις 1000 πιθανότητες ότι αυτή η απότομη άνοδος να είναι απλά ένα στατιστικό λάθος. Οι εν λόγω πιθανότητες το καθιστούν ένα αποτέλεσμα τρία σίγμα, όπως λέγεται, που υπολείπεται του χρυσού κανόνα για μια ανακάλυψη – πέντε σίγμα, ή 1 προς 1.000.000 πιθανότητα για ένα σφάλμα.
"Έχω δει φαινόμενα με τρία σίγμα να έρχονται και να παρέρχονται”, λέει ο Kenneth Lane του Πανεπιστημίου της Βοστόνης. Ακόμα, οι φυσικοί είναι 99,9 τοις εκατό σίγουρος ότι δεν είναι μια απροσδόκητη επιτυχία, γι αυτό και οι φυσικοί είναι άκρως κατανοητό ότι ανυπομονούν να μάθουν την ταυτότητα του σωματιδίου.
Οι περισσότεροι συμφωνούν ότι το μυστηριώδες σωματίδιο δεν είναι το πολυπόθητο μποζόνιο Higgs, που θεωρείται από πολλούς ότι κάνει τα σωματίδια να αποκτούν μάζα. «Σίγουρα δεν είναι ένα σωματίδιο σαν το Higgs», λέει ο Rob Roser, εκπρόσωπος του CDF στο Fermilab. Αν συνέβαινε αυτό, η άνοδος στα δεδομένα θα ήταν 300 φορές μικρότερη. Επιπλέον, ένα σωματίδιο Higgs θα πρέπει πιο συχνά να διασπάται σε ένα down κουάρκ, τα οποία δεν φαίνεται να κάνουν την εμφάνισή τους στα δεδομένα του Fermilab.
Μια πέμπτη δύναμη
“Δεν υπάρχει καμία έκδοση ενός Higgs σε οποιοδήποτε μοντέλο που ξέρω όπου ο ρυθμός παραγωγής να ήταν τόσο μεγάλος", συνεχίζει ο Kenneth Lane. "Πρέπει να είναι κάτι άλλο." Και ο Lane είναι βέβαιος ότι ξέρει ακριβώς για το τι είναι.
Ακριβώς πριν από 20 χρόνια, ο Lane, μαζί με φυσικός Fermilab Εστία Eichten, προέβλεψε ότι τα πειράματα θα δείτε ακριβώς ένα τέτοιο μήνυμα. Lane και Eichten εργάζονταν σε μια θεωρία είναι γνωστή ως Technicolor, η οποία προτείνει την ύπαρξη ενός πέμπτου θεμελιώδη δύναμη εκτός από τις ήδη γνωστές τέσσερις: βαρύτητα, τον ηλεκτρομαγνητισμό, καθώς και τις ισχυρές και ασθενείς πυρηνικές δυνάμεις. Technicolour είναι πολύ παρόμοια με την ισχυρή δύναμη, η οποία δεσμεύει τα κουάρκ μαζί στους πυρήνες των ατόμων, μόνο το σύστημα αυτό λειτουργεί σε πολύ υψηλές ενέργειες. Επίσης, είναι σε θέση να δώσει τα σωματίδια μάζα τους – καθιστώντας το μποζόνιο Higgs περιττή.
Η νέα δύναμη έρχεται μαζί με έναν “ζωολογικό κήπο” νέων σωματιδίων. Το μοντέλο των Lane και Eichten πρόβλεψε ότι ένα technicolor σωματίδιο που ονομάζεται technirho συχνά θα διασπάται σε ένα μποζόνιο W και σε ένα άλλο σωματίδιο που ονομάζεται technipion.
Σε μια δημοσίευση, ο Lane, ο Eichten και ο φυσικός Adam Martin του Fermilab προτείνουν ότι ένα technipion με μάζα περίπου 160 GeV θα μπορούσε να είναι το μυστηριώδες σωματίδιο που παράγουν τους δύο πίδακες. "Εάν αυτό πράγματι συμβαίνει, νομίζω ότι οι άνθρωποι θα εγκαταλείψουν την ιδέα της έρευνας για το Higgs και θα αρχίσουν την εξερεύνηση αυτού του πλούσιου κόσμο των νέων σωματιδίων," εξηγεί ο Lane.
Μελλοντικές δοκιμές
Αλλά αν Technicolor είναι σωστή, δεν θα είναι σε θέση να επιλύσει κι όλα τα ερωτήματα που άφησε αναπάντητα το Στάνταρτ Μοντέλο. Για παράδειγμα, οι φυσικοί πιστεύουν ότι στις υψηλές ενέργειες που βρέθηκε το πρώιμο σύμπαν, οι θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης ήταν ενωμένες σε μια ενιαία υπερδύναμη. Η υπερσυμμετρία, η κορυφαία υποψήφια θεωρία των φυσικών, που θα μας πάει πέρα από το καθιερωμένο μοντέλο, ανοίγει ένα δρόμο για τις δυνάμεις να ενωθούν σε υψηλές ενέργειες, αλλά η technicolour δυστυχώς δεν το κάνει.
Λόγω περιορισμού του προϋπολογισμού το Tevatron θα κλείσει το τρέχον έτος, αλλά ευτυχώς η ομάδα του CDF, που βρήκε τα δεδομένα, θα ξανακάνει τους επόμενους μήνες την ανάλυση της με διπλάσια δεδομένα.
Εν τω μεταξύ, ο DZero, ο άλλος ανιχνευτής στο Fermilab, θα αναλύσει τα δικά του στοιχεία για μια ανεξάρτητη επιβεβαίωση ή διάψευση της ανόδου της τιμής. Και στο Μεγάλο Επιταχυντή του CERN, οι φυσικοί έχουν σκοπό να συλλέξουν αρκετά δεδομένα σύντομα για να εκτελέσουν την ίδια αναζήτηση.
Στην δημοσίευση τους ο Lane και οι συνεργάτες του προτείνουν τρόπους για να αναζητήσουν κι άλλα techniparticles. Κι όπως τα κουάρκ ζευγαρώνουν για να σχηματίσουν τα μεσόνια, έτσι και τα σωματίδια techniquarks ζευγαρώνουν για να σχηματίσουν τα technimesons με μάζες που κυμαίνονται από 250 έως 700 GeV – που είναι στην εμβέλεια του LHC. Αν λοιπόν υπάρχουν τα σωματίδια technimesons της νέας θεωρίας, ο LHC θα πρέπει να τα ανακαλύψει μέσα στα επόμενα χρόνια.
"Τους τελευταίους έξι μήνες δεν κοιμάμαι πολύ καλά", εξομολογείται ο Λέιν, ο οποίος έμαθε για την αύξηση των γεγονότων πολύ πριν η ομάδα του δημοσιεύσει το αποτέλεσμα. "Εάν αυτό είναι ό,τι πιστεύουμε ότι είναι, είναι ένας ολόκληρος νέος κόσμος πέρα από τα κουάρκ και τα λεπτόνια. Θα είναι κάτι μεγάλο! Και αν δεν είναι, δεν θα είναι."
Ο Lane ήδη έχει βάλει ένα στοίχημα ότι αυτή η αουτσάιντερ θεωρία θα επικρατήσει. Σε μια συνέντευξη το 1994, ο Lane ήταν σε δείπνο με τους νομπελίστες Gerard ‘t Hooft και David Gross. «Είχαμε πιεί πολύ κρασί οπότε ο David και εγώ βάλαμε ένα στοίχημα για το αν η SUSY θα βρεθεί στον LHC, αφού οι φυσικοί μάζευαν μια ορισμένη ποσότητα δεδομένων», λέει ο Lane. "Ο ηττημένος πρέπει να καλέσει τον άλλο σε δείπνο σε ένα εστιατόριο τριών αστέρων."
Δεν υπάρχουν σχόλια :
Δημοσίευση σχολίου