Μποζόνιο Χιγκς: Τι είναι το «σωματίδιο του Θεού»
Η παγκόσμια επιστημονική κοινότητα θρηνεί τον χαμό του Βρετανού φυσικού Πίτερ Χιγκς, ο οποίος υπήρξε ο «πατέρας» του μποζονίου Χιγκς, γνωστό και ως το «σωματίδιο του Θεού».
Τι είναι όμως το μποζόνιο Χιγκς και γιατί οδήγησε στη βράβευση του Πίτερ Χιγκς -μαζί με τον Φρανσουά Ανγκλέρ- με το Νόμπελ Φυσικής;
Το σωματίδιο Χιγκς, καλούμενο εκλαϊκευμένα από τον Λέον Λέντερμαν ως «το σωματίδιο του Θεού» είναι ένα μποζόνιο, η ύπαρξη του οποίου προβλέπεται θεωρητικά από το «Καθιερωμένο Πρότυπο» της σύγχρονης φυσικής. Ανακαλύφθηκε πειραματικά στις 4 Ιουλίου 2012 από τα πειράματα ATLAS και CMS του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERΝ.
Η ύπαρξη του σωματιδίου του Χιγκς εξηγεί κατά το καθιερωμένο μοντέλο τον τρόπο που συγκροτείται η ύλη προσδίδοντάς της ιδιότητες όπως για παράδειγμα η μάζα.
«Χωρίς το πεδίο Χιγκς τίποτα στο Σύμπαν δεν θα είχε μάζα»
Μάλιστα, όπως σημείωνε σε άρθρο του στην Καθημερινή ο επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου, Διονύσης Σιμόπουλος, «χωρίς το πεδίο Χιγκς τίποτα στο Σύμπαν δεν θα είχε μάζα, αφού η ύπαρξη του πεδίου αυτού δίνει σε όλα τα σωματίδια τη μάζα τους».
Όπως σημειώνει ο κ. Σιμόπουλος, «το πεδίο αυτό μπορεί να παρομοιαστεί με μια παχύρρευστη “θάλασσα” μέσα στην οποία “κολυμπάνε” όλα τα σωματίδια. Ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο τα διάφορα σωματίδια “κολυμπάνε” μέσα στο πεδίο αυτό παίρνουν και τη δεδομένη μάζα του είδους τους. Υπάρχουν φυσικά και μερικά σωματίδια που δεν αντιδρούν καθόλου με το πεδίο αυτό, όπως είναι τα φωτόνια και τα γλοιόνια, οπότε τα σωματίδια αυτά δεν έχουν μάζα. Παρ’ όλα αυτά το πεδίο Χιγκς δεν θεωρείται ότι είναι μια ακόμη δύναμη, αφού ούτε επιταχύνει τα σωματίδια ούτε μεταφέρει κάποιου είδους ενέργεια. Αλλά και το μποζόνιο Χιγκς παίρνει και αυτό τη μάζα του από το πεδίο του οποίου είναι και φορέας. Μπορεί δηλαδή να παρομοιαστεί με ένα πυκνότερο σημείο στο πεδίο Χιγκς, όπως όταν βρίσκουμε μια υγροποιημένη σταγόνα νερού σε ένα περιβάλλον ατμού από νερό. Ετσι, όπως και όλα τα άλλα σωματίδια, το μποζόνιο Χιγκς μπορεί να δημιουργηθεί στις συγκρούσεις που επιτυγχάνονται στη διάρκεια πειραμάτων που εκτελούνται στους επιταχυντές, αφού μπορεί και αντιδρά με όλα τα σωματίδια αν και προτιμάει τα “βαρύτερα” απ’ αυτά όπως είναι, για παράδειγμα, ο τελευταίος τύπος κουάρκ που ανακαλύφθηκε στο Fermilab των ΗΠΑ το 1995».
Σύμφωνα με τον ίδιο, υπάρχει κάτι πολύ μυστήριο με το πεδίο Χιγκς που είναι 10.000 τρισεκατομμύρια φορές πιο αδύναμο από τη μέγιστη τιμή του. «Αυτή η τιμή είναι κρίσιμη γιατί αν ήταν ελαφρώς διαφορετική, δεν θα υπήρχε καμία φυσική δομή στο Σύμπαν. Γι’ αυτό διάφοροι θεωρητικοί έχουν προσπαθήσει για δεκαετίες να κατανοήσουν για ποιο λόγο έχει αυτό το άριστα ρυθμισμένο μέγεθος και έχουν οδηγηθεί σε διάφορες πιθανές θεωρίες με χαριτωμένα ονόματα, όπως είναι για παράδειγμα η “υπερσυμμετρία”. Αλλά παρ’ όλο που οι θεωρίες αυτές μπορούν να επεξηγήσουν την περίεργη αυτή επακριβή τιμή του πεδίου, δεν φαίνεται προς το παρόν τουλάχιστον να παράγονται στους επιταχυντές μαζί με το μποζόνιο Χιγκς και τα διάφορα νέα σωματίδια που προβλέπονται από τις θεωρίες αυτές».
Η ιστορία της ανακάλυψης του μποζονίου Χιγκς
Το μποζόνιο αυτό φαίνεται να βρίσκεται στο ενεργειακό φάσμα μεταξύ 115-127 GeV, (με τα 125 GeV να αντιστοιχούν σε μάζα ίση με 133 πρωτόνια). Η ανακάλυψή του θα βοηθήσει στην καλύτερη κατανόηση της δημιουργίας του Σύμπαντος λύνοντας θέματα, στη θεωρία της μεγάλης έκρηξης (Big Bang), αμέσως μετά τα πρώτα κλάσματα του δευτερόλεπτου της γέννησης του Σύμπαντος.
Το μποζόνιο αυτό πήρε το όνομά του από τον Βρετανό καθηγητή φυσικής Πίτερ Χιγκς (Peter Higgs), ο οποίος ήταν ένας από τους 6 φυσικούς που πρότειναν την ύπαρξή του, σε σχετικές δημοσιεύσεις το 1964.
Το 2013 ο Πίτερ Χιγκς και ο Φρανσουά Ανγκλέρ (François Englert) βραβεύτηκαν με το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής για την εργασία τους και την πρόβλεψή τους.
Τον Δεκέμβριο του 2011 οι ερευνητές στα δύο ανεξάρτητα πειράματα ATLAS και CMS (CERN), στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN της Ελβετίας, είχαν ανακοινώσει ότι βρήκαν ενδείξεις ύπαρξης του μποζονίου Χιγκς με μάζα γύρω στα 125 GeV/c2.
Στις 4 Ιουλίου 2012, οι επιστήμονες του CERN επιβεβαίωσαν την ανακάλυψη ενός νέου σωματιδίου με μάζα 125 GeV και σφάλμα 0,6 με απόκλιση 5 σίγμα, που σημαίνει βεβαιότητα κατά 99,99995% και πως η παρατήρηση αυτή είναι επαληθεύσιμη και μπορεί να αναπαραχθεί οποτεδήποτε.
Αυτό το σωματίδιο εικάζεται ότι είναι μποζόνιο και μάλιστα το βαρύτερο που έχει βρεθεί. Εικάζεται ότι το νέο σωματίδιο έχει χαρακτηριστικά του σωματίου Χιγκς, με επιφύλαξη ώσπου να φανεί ότι φέρει πράγματι και τις λοιπές, θεωρητικά, προβλεπόμενες ιδιότητές του. Προσφάτως ανακοινώθηκε πως η ανάλυση των ιχνών ενός στοιχειώδους σωματιδίου που ανακαλύφθηκε στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN το καλοκαίρι του 2012 έδειξε ισχυρές ενδείξεις ότι είναι το μποζόνιο του Χιγκς.
Η ανακάλυψη του σωματιδίου Χιγκς αποτελεί ένα σημαντικό βήμα για την έναρξη της θεωρητικής και πειραματικής διερεύνησης της θεωρίας της υπερσυμμετρίας. Τα υπερσυμμετρικά σωματίδια είναι αόρατα (μη αισθητά ή μη άμεσα ανιχνεύσιμα) και ίσως αντιπροσωπεύουν το 90% του Σύμπαντος όμως τα έως τώρα πειράματα στο Fermilab δεν επιβεβαιώνουν τη θεωρία, τουλάχιστον στην έως τώρα μορφή της.
