Της Pauline Gagnon… Παρατηρείται ενθουσιασμός στο Large Hadron Collider, τον ισχυρό επιταχυντή στο CERN (το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Σωματιδιακής Φυσικής) κοντά στη Γενεύη. Το περασμένο έτος οι ερευνητές εκεί κατέγραψαν αχνά αλλά πολλά υποσχόμενα σημάδια από κάτι που θα μπορούσε να είναι ένα νέο σωματίδιο που δεν ταιριάζει στο σύγχρονο θεωρητικό μοντέλο. Το Large Hadron Collider πρόκειται τώρα να συνεχίσει τη λειτουργία του μετά το κλείσιμό του τον Δεκέμβρη για ετήσιες εργασίες συντήρησης. Αν κατά την επόμενη λειτουργία του επιβεβαιωθεί η ύπαρξη του νέου σωματιδίου, τότε αυτό μπορεί να ανοίξει το μονοπάτι για τη ‘νέα φυσική’ που αναζητούσαμε για πολύ καιρό –και ελπίζουμε ότι θα απαντήσει σε κάποια μεγάλα και χρόνια ερωτήματα.
Οι πειραματικοί φυσικοί και θεωρητικοί πάντα συνεργάζονταν στην προσπάθειά τους να εξηγήσουν τους νόμους που διέπουν τη φύση. Μέσα από αυτή τη συνεργασία αναδύθηκε το «Καθιερωμένο Πρότυπο», το οποίο περιγράφει τα θεμελιώδη σωματίδια και τους τρόπους με τους οποίους σχετίζονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν όλη την ύλη που βλέπουμε γύρω μας. Σε κάποιες περιπτώσεις, οι πειραματικές ανακαλύψεις ώθησαν σε νέες γνώσεις ή επιβεβαίωσαν αυτά που οι θεωρητικοί είχαν ήδη υποψιαστεί. Σε άλλες περιπτώσεις, οι προβλέψεις των θεωρητικών οδήγησαν τους πειραματιστές σε εξειδικευμένες αναζητήσεις. Αυτό συνέβη το 1964, όταν οι φυσικοί Robert Brout, François Englert και Peter Higgs προέβλεψαν την ύπαρξη του μποζονίου του Higgs, του σωματιδίου που ανακαλύφθηκε το 2012.
Το μποζόνιο του Higgs συμπλήρωσε το τελευταίο κομμάτι του πάζλ του «Καθιερωμένου Προτύπου», αλλά το μοντέλο καθεαυτό είναι ξεκάθαρα ανολοκλήρωτο. Κανένα από τα σωματίδιά του δεν έχει τις ιδιότητες της σκοτεινής ύλης, μιας μυστηριώδους οντότητας που είναι πέντε φορές πιο κυρίαρχη από όλη τη συνηθισμένη ύλη (όλα αυτά που είναι φτιαγμένα από άτομα, τα οποία με τη σειρά τους αποτελούνται από κουάρκ και ηλεκτρόνια) που διακρίνεται στα άστρα και τους γαλαξίες. Το «Καθιερωμένο Πρότυπο» δεν εξηγεί επίσης το μεγάλο εύρος μαζών των θεμελιωδών σωματιδίων, ούτε γιατί η αντιύλη φαίνεται να έχει εξαφανιστεί σχεδόν τελείως, αφήνοντας το σύμπαν να διέπεται σχεδόν εξ ολοκλήρου από ύλη.
Για αυτό τον λόγο, μετά από σχεδόν 60 χρόνια που αφιερώθηκαν στη δημιουργία του Καθιερωμένου Προτύπου, οι σωματιδιακοί φυσικοί είναι τώρα απίστευτα συνεπαρμένοι από την προοπτική ότι τελικά θα το διαλύσουν. Τα ελαττώματα του προτύπου ήταν γνωστά, αλλά κανείς δεν ξέρει ποιο θα μπορούσε να είναι το σωστό πρότυπο. Οι θεωρητικοί φαίνεται να έχουν μείνει στάσιμοι για δεκαετίες, εξερευνώντας μια τεράστια ποικιλία ιδεών χωρίς όμως να έχουν τα απαραίτητα δεδομένα που θα τους δείξουν αν είναι στον σωστό δρόμο. Μόνο μια πειραματική τομή μπορεί να τους βοηθήσει να προχωρήσουν, και το Large Hadron Collider μπορεί να την έχει ήδη καταφέρει.
Οι ερευνητές στο Large Hadron Collider ψάχνουν για σημάδια της νέας φυσικής διασπώντας δέσμες πρωτονίων μεταξύ τους σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός. Η ενέργεια που απελευθερώνεται από αυτές τις συγκρούσεις φανερώνεται στη μορφή των διάφορων σωματιδίων. Όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια της σύγκρουσης, τόσο πιο συμπαγή είναι τα σωματίδια που μπορούν να παραχθούν, βάσει της ισότητας E=mc2 που δηλώνει ότι η ενέργεια και η ύλη είναι ίσες και μπορούν να αντικαθιστούν η μία την άλλη.
Για πρώτη φορά πέρυσι, το Large Hadron Collider δημιούργησε συγκρούσεις με ενέργεια 13 τρισεκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτ (TeV), πολύ παραπάνω από τα 8 τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ που είχε πετύχει πιο πριν. Αν υπάρχουν νέα σωματίδια –πέρα από αυτά που περιέχονται μέσα στο Καθιερωμένο Πρότυπο- αυτή η αύξηση της ενέργειας είναι δυνατόν να τα έφερε στην επιφάνεια. Δεδομένων των τεχνικών δυσκολιών που σχετίζονταν με την αύξηση της ενέργειας για τη λειτουργία του Large Hadron Collider, τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν το 2015 ήταν λίγα. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές εντόπισαν ελάχιστα ασυνήθιστα συμβάντα. Η παρουσία ενός νέου σωματιδίου μπορεί μόνο να επιβεβαιωθεί με νέα δεδομένα, τα οποία μάλλον θα είναι διαθέσιμα μέχρι φέτος το καλοκαίρι.
Τα συμπαγή σωματίδια είναι ασταθή και διαλύονται τόσο γρήγορα που το μόνο που μπορούν να δουν οι φυσικοί είναι το ίχνος των δευτερευόντων σωματιδίων διάσπασης που αφήνουν πίσω τους. Σε αυτήν την περίπτωση, το ίχνος ήταν μια ενδιαφέρουσα σωρεία συμβάντων που περιείχε δύο φωτόνια με συνολική μάζα 750 δισεκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτ (GeV)∙ δηλαδή αυτά τα ζευγάρια φωτονίων φαίνονταν ότι προέκυψαν από ένα άγνωστο σωματίδιο με έξι φορές τη μάζα του μποζονίου του Higgs και 800 φορές τη μάζα ενός πρωτονίου.
Και μόνο η ανακοίνωση για τα πρώτα σημάδια ενός πιθανού νέου σωματιδίου, η οποία βγήκε στο σεμινάριο του Large Hadron Collider που διεξάγεται στο τέλος κάθε έτους, στις 15 Δεκεμβρίου 2015, οδήγησε τους θεωρητικούς σε παραλήρημα. Είναι τόσο μεγάλες οι προσδοκίες ώστε υπάρχουν ήδη 338 επιστημονικές μελέτες για την πιθανή φύση αυτού του νέου σωματιδίου. Αλλά χωρίς τα πειραματικά στοιχεία, δεν υπάρχει τρόπος να κριθεί ποιο από τα 338 πρότυπα –αν είναι όντως κάποιο από αυτά- είναι σωστό. Όπως το έθεσε ο Alessandro Strumia, θεωρητικός του CERN, σε μια εξέταση των πιθανοτήτων: «Θα μπορούσε να είναι οτιδήποτε και τίποτα από αυτά!» Όταν οι ιδιότητες του νέου σωματιδίου γίνουν γνωστές, περιμένει μια «μαζική δολοφονία» θεωριών, καθώς πολλές ιδέες θα αποκλειστούν.
Κανείς δεν ξέρει πώς θα είναι ο διάδοχος του Καθιερωμένου Προτύπου, αλλά ελπίζουμε ότι θα απαντήσει τουλάχιστον κάποιες, αν όχι όλες, από τις μεγάλες ερωτήσεις που έχουν μείνει αναπάντητες από την τωρινή θεωρία. Συγκεκριμένα, η νέα θεωρία πρέπει να μπορεί να περιγράφει τη σκοτεινή ύλη, να δίνει μερικά στοιχεία για τις ανισορροπίες μεταξύ της ύλης και της αντιύλης, και να εξηγεί γιατί τα διάφορα δομικά στοιχεία της ύλης έχουν τόσες διαφορετικές μάζες. Πρέπει επίσης να ενσωματώνει όλες τις ιδιαίτερα πετυχημένες περιγραφές που περιλαμβάνονται στο Καθιερωμένο Πρότυπο, αλλά να πηγαίνει ακόμα πιο πέρα.
Κάθε νέο σωματίδιο ή φαινόμενο που ωθεί τη φυσική σε μια τόσο σημαντική θεωρία θα μπορούσε να είναι πιο συγκλονιστικό από την ανακάλυψη του μποζονίου του Higgs ή την πρόσφατη ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων. Και τα δύο αυτά είχαν προβλεφθεί πριν από χρόνια∙ ο εντοπισμός τους ήταν ένας πειραματικός θρίαμβος, αλλά απλά επιβεβαίωσε αυτό που ήταν ήδη κατανοητό θεωρητικά και δεν έδωσε επιπλέον βάθος στη θεμελιώδη κατανόηση του σύμπαντος μας.
Από την άλλη πλευρά, οτιδήποτε καινούριο προκύψει από τα πειράματα του Large Hadron Collider θα αποκαλύψει κάποια εντελώς άγνωστη πλευρά του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί η φύση. Ακόμα και αν η τωρινή σωρεία διασπάσεων αποδειχθεί ότι είναι απλά μια στατιστική μεταβολή, το Large Hadron Collider θα συνεχίσει να προχωρεί σε ανεξερεύνητα μονοπάτια, ψάχνοντας για άλλες ενδεικτικές ανωμαλίες.
Όπως και χιλιάδες άλλοι φυσικοί αυτή τη στιγμή, ειλικρινά ανυπομονώ.
