Αστρολάβος........Φυσικής: Το πείραμα του αιώνα

Το πείραμα του αιώνα

Για κάποιον που έχει δουλέψει σε φροντιστήριο, είναι γνωστό ότι οι χειρότερες μέρες είναι οι πρώτες του Σεπτέμβρη. (Ίσως πιο δύσκολες και από τις εξαντλητικές και αγχωτικέςς μέρες του Ιούνη.) Προσπαθώ να αναρτήσω κάποιες σκέψεις στο blog, αλλά ο χρόνος μου είναι πολύ περιορισμένος. Όμως, όταν πηγαίνεις στο φροντιστήριο και βλέπεις ένα μεγάλο αριθμό μαθητών να αναρωτιούνται, "τι είναι αυτό το σωμάτιο Higgs;'' , "τι είναι το CERN;" και να σου κάνουν ερωτήσεις όπως "θα δημιουργηθεί μαύρη τρύπα κύριέ;" , τότε είσαι υποχρεωμένος να βρεις χρόνο και να αναρτήσεις όσες αξιόπιστες πληροφορίες και απαντήσεις μπορείς.

Τι είναι το CERN;

Το CERN είναι το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο, το μεγαλύτερο κέντρο για τη

Φυσική στοιχειωδών σωματιδίων στον κόσμο. Οταν ιδρύθηκε, το 1954, ήταν ένα από τα πρώτα συλλογικά Ευρωπαϊκά εγχειρήματα και αποτελεί, ήδη, ένα λαμπρό παράδειγμα διεθνούς συνεργασίας. Ο αρχικός αριθμός των 12 ιδρυτικών μελών, σήμερα, έχει αυξηθεί σε 20 κράτη μέλη.
Το CERN ερευνά τα συστατικά της ύλης και το είδος των δυνάμεων που την κρατούν ενωμένη. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν όλες τις, υψηλού επιπέδου, επιστημονικές δυνατότητες που τους παρέχει το εργαστήριο. Πρόκειται για επιταχυντές που επιταχύνουν τα μικροσκοπικά σωματίδια σε ταχύτητες λίγο μικρότερες από την ταχύτητα του φωτός και ανιχνευτές που κάνουν τα σωματίδια αυτά "ορατά".

Τι κάνουν οι φυσικοί στο CERN;

Οι δυο βασικοί τομείς εργασίας είναι να κατασκευάζουν και να θέτουν σε λειτουργία τους επιταχυντές. Πρόκειται για τεράστιες σε μέγεθος διατάξεις που επιταχύνουν σωματίδια σε ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός και μετά τα αφήνουν να συγκρουσθούν με άλλα σωματίδια.
Ο μεγαλύτερος επιταχυντής στο CERN ονομάζεται "LEP" (Large Electron Positron collider). Εχει περίμετρο 27km και είναι εγκατεστημένος σε μία σήραγγα 100, περίπου, μέτρα κάτω από την επιφάνεια του εδάφους.

Τι θα αναζητήσει το πείραμα στο CERN;

Τέσσερα αινίγματα της επιστήμης της Φυσικής καλείται να επιλύσει το πείραμα του CERN.
Συγκεκριμένα:

1. Ανεύρεση του Μποζονίου του Χιγκς (από το όνομα του φυσικού Πίτερ Χιγκς που το πρότεινε το 1964), σωματίδιο που πολλοί ερευνητές έχουν μελετήσει, αλλά κανείς δεν έχει δει. Η επιβεβαίωση της ύπαρξής του μέσω του πειράματος θα ισοδυναμεί με τον εντοπισμό του ελλείποντος κρίκου στο καθιερωμένο μοντέλο στο οποίο βασίζεται η σύγχρονη φυσική επιστήμη και το οποίο εξηγεί γιατί η ύλη έχει μάζα.
Η απουσία του θα κλονίσει τη θεωρία, αλλά υπάρχουν και άλλες δυνατές υποθέσεις: το μποζόνιο του Χιγκς δεν είναι στοιχειώδες αλλά σύνθετο σωματίδιο, ή η ανάγκη της αναζήτησής του σε μια άλλη διάσταση του διαστήματος, πέραν των τριών γνωστών.
2. Διερεύνηση της υπερσυμμετρίας, μιας έννοιας που επιτρέπει την ερμηνεία μιας από τις πιο περίεργες ανακαλύψεις των τελευταίων ετών,

το συμπέρασμα ότι η ορατή ύλη δεν αντιπροσωπεύει παρά το 4% του σύμπαντος. Η σκοτεινή ύλη (23%) και η σκοτεινή ενέργεια (73%) μοιράζονται το υπόλοιπο 96% τα σύμπαντος.
Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από υπερσυμμετρικά σωματίδια που ονομάζονται neutralinos.
3. Μελέτη του μυστηρίου της ύλης και της αντι-ύλης. Οταν η ενέργεια μετατρέπεται σε ύλη , παράγει ένα ζεύγος σωματιδίων και το είδωλό τους, ένα αντι-σωματίδιο με αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Οταν ένα σωματίδιο και το αντι-σωματίδιό του συγκρούονται, αλληλοκαταστρέφονται παράγοντας μια μικρή λάμψη ενέργειας.
Τη στιγμή του Big Bang , ύλη και αντι-ύλη παρήχθησαν σε ίσες ποσότητες. Αλλά το σύμπαν δεν αποτελείται παρά μόνο από ύλη. Κατά συνέπεια, πού βρίσκεται η αντι-ύλη; Ενας από τους ανιχνευτές του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων θα ανιχνεύσει ένα σωματίδιο που ονομάζεται meson b και αποτελείται από ένα quark b και το δίδυμό του αντι-ύλης.
4. Αναπαράσταση των συνθηκών που επικρατούσαν στο σύμπαν στα χιλιοστά του δευτερολέπτου που ακολούθησαν το Big Bang. Η ύλη υπήρχε τότε υπό μορφήν πηχτής και ζεστής σούπας, που ονομάζεται πλάσμα Quarks-γλουονίων. Κατά την ψύξη της , σωματίδια που ονομάσθηκαν quark σχημάτισαν μια συμπαγή μάζα πρωτονίων, νετρονίων και άλλων σύνθετων σωματιδίων.
Ο Μεγάλος Επιταχυντής θα προκαλέσει ένα δισεκατομμύριο συγκρούσεις βαρέων ιόντων ανά δευτερόλεπτο, προκαλώντας στιγμιαία θερμοκρασίες 100.000 φορές υψηλότερες από τις επικρατούσες στον πυρήνα του Ηλιου. Οι συγκρούσεις θα απελευθερώσουν τα quark από το περίβλημά τους.
Οι ερευνητές θα έχουν τη δυνατότητα να διαπιστώσουν τότε με ποιόν τρόπο αυτά τα απελευθερωμένα quark συγκολλούνται για να σχηματίσουν την ύλη.

Το πείραμα ξεκίνησε!

Η έναρξη της λειτουργίας του Μεγάλου Επιταχυντή, μήκους 27 χιλιομέτρων, η οποία άρχισε χθες στις 10.30 (ώρα Ελλάδας) με τη διοχέτευση μιας πρώτης δέσμης πρωτονίων, αναμεταδίδεται ζωντανά από την ιστοσελίδα του κέντρου ερευνών CERN και από κρατικά τηλεοπτικά δίκτυα πολλών ευρωπαϊκών χωρών.
Video μεταδίδονται ζωντανά στη διεύθυνση http://webcast.cern.ch/
Η διαδικασία προχώρησε κανονικά, παρά τα μικρά τεχνικά προβλήματα που παρουσιάστηκαν νωρίτερα. Οι επιστήμονες περιμένουν με αγωνία να επιβεβαιώσουν κεντρικές θεωρίες της φυσικής και της κοσμολογίας, για παράδειγμα αν υπάρχει το λεγόμενο σωματίδιο του Θεού, που υποτίθεται ότι έδωσε μάζα στην ύλη. Το πείραμα έδωσε λαβή για να διατυπωθούν ακόμη και καταστροφολογικά σενάρια, όπως ότι η μαύρη τρύπα που θα δημιουργηθεί στο εργαστήριο θα καταπιεί ολόκληρη τη γη, επιφέροντας τη Συντέλεια του κόσμου. Πάντως, το κέντρο CERN διαβεβαιώνει ότι "ο Επιταχυντής είναι ασφαλής και ότι οι εικασίες περί κινδύνων είναι σκέτη μυθοπλασία". Το πείραμα, που κόστισε περίπου 6,5 δισεκατομμύρια ευρώ, θα διαρκέσει τουλάχιστον 10 χρόνια και τα πρώτα αποτελέσματα αναμένονται τα Χριστούγεννα.

Η πρώτη μέρα του φιλόδοξου εγχειρήματος

Όπως κάθε μεγάλο έργο, από την αρχική σύλληψή του στις αρχές της δεκαετίας του ΄80 και την επίσημη έγκρισή του το 1996, μέχρι τη σημερινή έναρξή του, πέρασε από "σαράντα κύματα", από κατασκευαστικές δυσκολίες μέχρι μεγάλες υπερβάσεις του αρχικού προϋπολογισμού του (έως τέσσερις φορές) και το CERN χρειάστηκε να δανειστεί εκατοντάδες εκατομμύρια ευρώ από τράπεζες για να ολοκληρώσει το έργο.Η σημερινή πρώτη μέρα και οι υπόλοιπες που θα ακολουθήσουν, αφορούν κυρίως τον έλεγχο του γιγάντιου εξοπλισμού και των αναγκαίων διαδικασιών, ενώ η ουσιαστική φάση του πειράματος, με τις συγκρούσεις των σωματιδίων, θα ξεκινήσει σε λίγες εβδομάδες - αν όλα πάνε καλά.Όπως, πάντως, αρμόζει σε ένα σωστό επιστημονικό θρίλερ, δεν έλειψε η αγωνία της τελευταίας στιγμής, καθώς μια ηλεκτρική καταιγίδα πάνω από τα γαλλοελβετικά σύνορα, το απόγευμα της Δευτέρας, προκάλεσε απώλεια ενέργειας σε ορισμένα ψυκτικά συστήματα, που διατηρούν τους πάνω από 1.000 μαγνήτες υπεραγωγιμότητας στην τρομακτική παγωνιά των -271 βαθμών Κελσίου (κοντά στο απόλυτο μηδέν που υπάρχει στο διάστημα) στο εσωτερικό του επιταχυντή, όμως μέχρι αργά το βράδυ της Τρίτης το πρόβλημα αποκαταστάθηκε και χθες το πρωί η πρώτη ακτίνα σωματιδίων ξεκίνησε κανονικά την πορεία της. Μετά από μια αναμονή 40 δευτερολέπτων από τη δημιουργία της πρώτης ακτίνας, οι επιστήμονες στο κέντρο ελέγχου του πειράματος, κοντά στη Γενεύη, ξέσπασαν σε ζητωκραυγές, καθώς μια μικροσκοπική λάμψη φωτός εμφανίστηκε σε μια οθόνη υπολογιστή, δείχνοντας πως η αρχική ακτίνα είχε ήδη διανύσει τα πρώτα 3 χλμ από τα 27 χλμ του συνολικού μήκους του υπόγειου κυκλικού Επιταχυντή.Στη συνέχεια της πρώτης μέρας, που ήταν κατά βάση δοκιμαστικού χαρακτήρα, οι επιστήμονες επικέντρωσαν την προσπάθειά τους στο να καθοδηγήσουν την πρώτη ακτίνα στο τούνελ, σταματώντας την κατά διαστήματα για να διορθώσουν την πορεία της. Η προσπάθειά τους στέφθηκε με επιτυχία και η ακτίνα έκανε το γύρο του επιταχυντή σε λιγότερο από μια ώρα. Από τον Αύγουστο, στα αρχικά τεστ, οι επιστήμονες είχαν ήδη στείλει μια πρώτη ακτίνα πρωτονίων χαμηλής έντασης μέσα στον επιταχυντή, χωρίς όμως να αυτή να κάνει όλο το γύρο των 27 χλμ του.Σήμερα, αρχικά στάλθηκε μια ακτίνα προς μια κατεύθυνση (τη φορά των δεικτών του ρολογιού) και επρόκειτο να ακολουθήσει μια άλλη μονή ακτίνα σε αντίστροφη φορά. Στο άμεσο μέλλον οι δύο ακτίνες θα σταλούν ταυτόχρονα από αντίθετες κατευθύνσεις για να αρχίσουν πλέον οι πολυαναμενόμενες υψηλής ταχύτητας και ενέργειας συγκρούσεις των σωματιδίων.

Επειδή όμως στο internet υπάρχει άφθονο οπτικοακουστικό υλικό παραθέτω παρακάτω κάποια ενδιαφέροντα videos.

O Νανόπουλος μιλάει για το σωματίδιο του Θεού και την ολική ενέργεια του Σύμπαντος