Σε απλά ελληνικά: Πώς φτιάχτηκε το σύμπαν όπως το γνωρίζουμε
Το μποζόνιο Higgs είναι ένα εξαιρετικά σημαντικό σωματίδιο για όλους τους φυσικούς και ήταν ένα στοίχημα, που προφανώς κερδήθηκε, των μοντέλων που περιγράφουν τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία της ύλης και τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρούν για να σχηματίσουν τις δομές που βλέπουμε, από τα άτομα μέχρι τα αστέρια.
Αυτός ο ειδικός πίνακας περιέχει δύο ομάδες θεμελιωδών σωματιδίων (σωματίδια που δεν μπορούν πλέον να διαιρεθούν): τα κουάρκ και τα λεπτόνια ονομάζονται φερμιόνια και αντιπροσωπεύουν τα γράμματα του αλφαβήτου μέσω των οποίων δομούνται οι ατομικοί πυρήνες και τα άτομα. Η άλλη ομάδα αποτελείται από μποζόνια, εξαιρετικά ιδιαίτερα σωματίδια, τα οποία έχουν το μοναδικό καθήκον να μεταδίδουν στο χώρο πληροφορίες σχετικά με τις ιδιότητες των φερμιονίων.
Επικοινωνία μεταξύ σωματιδίων
Μπορούμε να φανταστούμε τα μποζόνια ως σωματίδια που χρησιμοποιούνται από τα φερμιόνια για να επικοινωνούν και να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Όταν ένα φερμιόνιο πλησιάζει ένα άλλο και θέλει να αλληλεπιδράσει μαζί του, σηκώνει το τηλέφωνο και επικοινωνεί εκπέμποντας μποζόνια. Αλλά σε σύγκριση με ένα κλασικό τηλεφώνημα, υπάρχει κάτι διαφορετικό. Ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο δύο φερμιόνια θέλουν να επικοινωνήσουν, χρησιμοποιούν ένα συγκεκριμένο μποζόνιο. Συνολικά, υπάρχουν τέσσερα μποζόνια: τέσσερις τρόποι επικοινωνίας των στοιχειωδών σωματιδίων . Αυτός ο αριθμός δεν είναι σίγουρα τυχαίος. Τα στοιχειώδη σωματίδια, στην πραγματικότητα, έχουν μόνο τέσσερις πιθανούς τρόπους να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Οι φυσικοί τους αποκαλούν τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της Φύσης. Στην πραγματικότητα, δεν έχουν όλα τα φερμιόνια και τις τέσσερις διαθέσιμες αλληλεπιδράσεις. Μόνο τα κουάρκ έχουν πλήρη ελευθερία επιλογής. Τα λεπτόνια , στα οποία ανήκουν το ηλεκτρόνιο και τα ασύλληπτα νετρίνα, έχουν μόνο 3 διαθέσιμες. Ανεξάρτητα από αυτή τη μικρή διαφορά, οι θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις είναι: ηλεκτρομαγνητική δύναμη, βαρυτική δύναμη, ισχυρή δύναμη και ασθενής δύναμη.
Τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις
Ολόκληρο το Σύμπαν υπακούει σε αυτές τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις, από τους γαλαξίες μέχρι εμάς που σπρώχνουμε το καρότσι με τα ψώνια εμποδισμένοι από τη δύναμη της βαρύτητας και την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση με το πάτωμα που προκαλεί τριβή. Οι δύο πρώτες είναι πολύ γνωστές, οι τελευταίες λίγο λιγότερο, επειδή δρουν μόνο σε υποατομική κλίμακα. Αλλά δεν είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ποια είναι η σημασία των αλληλεπιδράσεων, αλλά είναι σημαντικό να ξεκαθαρίσουμε ότι όταν δύο θεμελιώδη σωματίδια «επιλέγουν» τον τρόπο με τον οποίο θα αλληλεπιδράσουν, εκπέμπουν τα μποζόνια που σχετίζονται με τη συγκεκριμένη αλληλεπίδραση, τα οποία μεταδίδουν στο χώρο όλες τις πληροφορίες που είναι απαραίτητες για να κατανοήσουμε πώς πρέπει να πραγματοποιηθεί η αλληλεπίδραση.
Μέσω της ισχυρής αλληλεπίδρασης, τα κουάρκ δημιουργούν τα συστατικά σωματίδια των ατομικών πυρήνων: πρωτόνια και νετρόνια. Ο συνδυασμός πρωτονίων και νετρονίων δημιουργεί ατομικούς πυρήνες που συγκρατούνται από την ισχυρή δύναμη, με τη βοήθεια της ασθενούς δύναμης που είναι υπεύθυνη για ορισμένες διαδικασίες, όπως η β-διάσπαση. Ο συνδυασμός ατομικών πυρήνων με ηλεκτρόνια δημιουργεί άτομα, χάρη στην ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Τα άτομα συνδυάζονται και δημιουργούν μόρια, τα οποία δημιουργούν μεγαλύτερες δομές, μέχρι πλανήτες και αστέρια, που διέπονται από τη βαρυτική δύναμη . Το μοντέλο που παρουσιάζεται με αυτόν τον τρόπο φαίνεται να λειτουργεί πολύ καλά. Κάθε σωματίδιο χαρακτηρίζεται από ένα πακέτο ιδιοτήτων που αποτελούν την τέλεια ταυτότητά του, μεταξύ των οποίων μπορούμε να αναφέρουμε το ηλεκτρικό φορτίο, το σπιν και πολλά άλλα που δεν μας ενδιαφέρουν.
Η ταυτότητα κάθε σωματιδίου καθορίζει τη συμπεριφορά και το αποτέλεσμά του μόλις επιλέξει να επικοινωνήσει με ένα άλλο σωματίδιο μέσω της εκπομπής μποζονίων. Ωστόσο, από την ταυτότητα λείπει ένα θεμελιώδες στοιχείο: η μάζα. Το μοντέλο περιγράφει τέλεια τις ιδιότητες και τους τρόπους με τους οποίους όλα τα σωματίδια αλληλεπιδρούν, δικαιολογώντας το σχηματισμό όλης της ύλης και την ίδια την ύπαρξη του Σύμπαντος, αλλά χωρίς να λαμβάνει υπόψη του τη μάζα. Αυτό είναι ένα μεγάλο πρόβλημα: είναι σαν να λέτε ότι είστε σε θέση να προβλέψετε τέλεια τη συμπεριφορά και τις ιδιότητες του Σύμπαντος, υπό την προϋπόθεση ότι βεβαιώνετε ότι τα αντικείμενα δεν έχουν μάζα, ότι οι πλανήτες, τα αστέρια και οι άνθρωποι είναι φτιαγμένοι από σωματίδια χωρίς βάρος και όχι από υλικά.
Μια αντίφαση
Για να καταλάβετε ότι πρόκειται για μια μεγάλη αντίφαση, δεν χρειάζεται να είστε φυσικός: δοκιμάστε να περάσετε μέσα από έναν τοίχο και πείτε μου αν δεν αισθάνεστε τη συνοχή του σκυροδέματος! Η κατάσταση ήταν ακόμη πιο σοβαρή, στην πραγματικότητα, διότι αν εισαγόταν μια νέα ιδιότητα στο μοντέλο που θα λάμβανε κατά κάποιο τρόπο υπόψη τη διαφορετική μάζα των σωματιδίων , όλο το κάστρο κατέρρεε πάνω του: οι αλληλεπιδράσεις, ακόμη και η ίδια η ύπαρξη της ύλης, δεν δικαιολογούνταν πλέον. Πώς είναι όλα αυτά δυνατά; Μήπως το μοντέλο είναι λάθος; Αλλά τότε γιατί προβλέπει τόσο καλά την πραγματικότητα, εφόσον δεν λαμβάνουμε υπόψη τη μάζα των σωματιδίων;
Ανίχνευση σωματιδίων
Επί του παρόντος, το μεγαλύτερο μέρος των προσπαθειών των σωματιδιακών φυσικών κατευθύνεται προς την πειραματική ανίχνευση αυτού του σωματιδίου, το οποίο θεωρείται ότι έχει μάζα περίπου 200 φορές μεγαλύτερη από το πρωτόνιο. Για την ανίχνευση της παρουσίας του, οι επιταχυντές σωματιδίων πρέπει να είναι σε θέση να φτάσουν σε ενέργεια 200 GeV (Giga electron Volts), θεωρητικά εντός της εμβέλειας του νέου επιταχυντή LHC (Large Hadron Collider) στη Γενεύη και του Fermilab στο Σικάγο. Και πράγματι, το καλοκαίρι του 2012, οι επιστήμονες του LHC ανακοίνωσαν ότι βρήκαν στοιχεία για αυτό το πολύ σημαντικό και ασύλληπτο σωματίδιο. Φαίνεται, λοιπόν, ότι η θεωρία ήταν σωστή. Όσο παράξενο κι αν φαίνεται, η Φύση λειτουργεί με αυτόν τον τρόπο!
