Του Φρανκ Ουίλτσεκ*
ΚΕΙΜΠΡΙΤΖ – Η σύγχρονη φυσική και η κοσμολογία υποδηλώνουν ότι οι θεμελιώδεις αλήθειες σχετικά με τη λειτουργία της φύσης, και τη δημιουργία του σύμπαντος, γίνονται αντιληπτές μόνο από όντα που μπορούν να δουν γεγονότα τα οποία συμβαίνουν πιο γρήγορα από το χρόνο που χρειάζεται το φως για να διαπεράσει ένα πρωτόνιο, και διαθέτουν όρασή ικανή να διακρίνει υποατομικές αποστάσεις. Ευτυχώς, το γεγονός αυτό δεν αποκλείει τον άνθρωπο, καθώς μπορεί να βελτιώσει τη φυσική του όραση.
Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) παρέχει αυτή τη δυνατότητα. Μέσα από τη σύγκρουση δεσμών πρωτονίων με πρωτοφανή ενέργεια, την παρακολούθηση των σωματιδίων που προκύπτουν από αυτές τις συγκρούσεις και την αναπαράσταση των πρωταρχικών γεγονότων που τα δημιούργησαν, οι φυσικοί θα έχουν πραγματικά κατασκευάσει το μοναδικό μικροσκόπιο μέγιστης ταχύτητας σάρωσης και ύψιστης ανάλυσης, όπου κάθε πρωτόνιο προσφέρει μια σύντομη εικόνα της δομής του διπλανού του.
Ο LHC αποτελεί ένα μεγαλειώδες έργο της μηχανικής ενώ έχει γίνει εκτενής αναφορά στα εκπληκτικά τεχνολογικά χαρακτηριστικά του. Δεν θα μείνω σε όλα αυτά, αλλά θα προχωρήσω στο κύριο ερώτημα: τι μπορούμε να ελπίζουμε ότι θα δούμε;
Θα δούμε πώς ήταν το σύμπαν ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου έπειτα από τη γένεσή του, τις πρώτες στιγμές της Μεγάλης Έκρηξης. Τα πρωταρχικά γεγονότα που θα δημιουργηθούν στον LHC είναι στην ουσία Μικρές Εκρήξεις, μικροσκοπικές μπάλες φωτιάς που αναπαράγουν τις συνθήκες της Μεγάλης Έκρηξης, αλλά σε πολύ μικρότερη κλίμακα.
Αυτή η αναδημιουργία των πρώτων στιγμών του σύμπαντος προσφέρει μια συναρπαστική δυνατότητα. Γνωρίζουμε σήμερα ότι το σύμπαν περιλαμβάνει ένα είδος ύλης, την αποκαλούμενη σκοτεινή ύλη, η οποία διαφέρει από ό,τι έχει παρατηρηθεί μέχρι τώρα.
Η σκοτεινή ύλη δεν είναι στην πραγματικότητα σκοτεινή με τη συνήθη έννοια της λέξεως, αλλά εντελώς διαφανής. Δεν εκλύει ούτε απορροφά αρκετό φως, με αποτέλεσμα οι αστρονόμοι να μην καταφέρουν να την ανιχνεύσουν για χιλιάδες χρόνια, παρΆ όλο που η σκοτεινή ύλη είναι πέντε φορές μεγαλύτερη από την κανονική ύλη στη συνολική μάζα τους σύμπαντος, Μόλις στα τέλη του εικοστού αιώνα αυτή η προσεκτική μελέτη της κίνησης της κανονικής, ορατής ύλης αποκάλυψε την βαρυτική επίδραση μια μεγάλης ποσότητας ύλης η οποία, υπό άλλες συνθήκες, θα ήταν αόρατη.
Επειδή η αρχέγονη Μεγάλη Έκρηξη παρήγαγε σκοτεινή ύλη, είναι πιθανό να συμβεί το ίδιο και με τις Μικρές Εκρήξεις του LHC. Επομένως, οι ερευνητές θα αναζητήσουν καινούργια σωματίδια που διαθέτουν τις κατάλληλες ιδιότητες για τη δημιουργία της αστρονομικής σκοτεινής ύλης, δηλαδή, σωματίδια με πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής που αλληλεπιδρούν ασθενώς με την κανονική ύλη ή το φως. Είναι πολύ πιθανό να μάθουμε τότε τι είναι αυτή η πανταχού παρούσα, άφθονη, αλλά αδιόρατη ουσία.
Φανταστείτε ένα είδος νοημόνων ψαριών που αρχίζουν να μελετούν προσεκτικά τον κόσμο γύρω τους. Για χιλιετίες, οι πρόγονοί τους θεωρούσαν το υδάτινο περιβάλλον τους δεδομένο. Πίστευαν ότι ήταν το «κενό», όσο μπορούσαν να κατανοήσουν την έννοια του κενού. Ωστόσο, έπειτα από μελέτη της μηχανικής και χρήση της φαντασίας τους, τα ψάρια-φυσικοί συνειδητοποιούν ότι θα μπορούσαν να συναγάγουν πιο απλούς νόμους της κίνησης αν υπέθεταν ότι περιβάλλονται από ένα μέσο (το νερό!) το οποίο καθιστά πολύπλοκη την όψη των πραγμάτων.
Εμείς είμαστε αυτά τα ψάρια. Ανακαλύψαμε ότι μπορούμε να καταλήξουμε σε ένα πιο απλό σύνολο εξισώσεων για τη θεμελιώδη φυσική υποθέτοντας ότι αυτό που αντιλαμβανόμαστε συνήθως ως κενός χώρος είναι στην πραγματικότητα ένα μέσο. Παρατηρήσαμε τις επιδράσεις του «νερού» που χρησιμοποιούμε για να απλοποιήσουμε τις εξισώσεις μας –επιβραδύνει τα σωματίδια και τα καθιστά πιο βαριά- αλλά δεν γνωρίζουμε από τι αποτελείται.
Ο LHC θα μας επιτρέψει να ανιχνεύσουμε τη μικροσκοπική δομή του συμπαντικού μέσου. Η πιο απλή άποψη είναι ότι αποτελείται από ένα νέο είδος σωματιδίου, το αποκαλούμενο «σωματίδιο του Χιγκς», αλλά υποψιάζομαι ότι δεν είναι το μοναδικό. (Τα αποτελέσματα των εξισώσεων είναι καλύτερα με πέντε καινούργια σωματίδια ενώ μπορεί να υπάρχουν ακόμα περισσότερα.)
Τη δεκαετία του 1860, ο Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ συγκέντρωσε τις εξισώσεις για τον ηλεκτρισμό και το μαγνητισμό, όπως ήταν τότε γνωστές, και ανακάλυψε μια αντίφαση την οποία διόρθωσε προσθέτοντας νέους όρους στις εξισώσεις.
Οι διορθωμένες εξισώσεις, γνωστές σήμερα ως εξισώσεις του Μάξγουελ, περιέγραφαν μια ολοκληρωμένη θεωρία του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού. Οι καινούργιες εξισώσεις απέδειξαν ότι το φως είναι μια διαταραχή που διαδίδεται και επαναλαμβάνεται μόνη της στα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία και προέβλεπαν την πιθανότητα να υπάρξουν νέα είδη διαταραχών.
Σήμερα, αυτές οι διαταραχές αποκαλούνται ραδιοκύματα, μικροκύματα, υπέρυθρη και υπεριώδης ακτινοβολία, ακτίνες χ και ακτίνες γ. Τις χρησιμοποιούμε στην επικοινωνία, στη μαγειρική, στη διάγνωση και τη θεραπεία ασθενειών. Η ολοκληρωμένη θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού επέφερε μεγάλες προόδους σε όλους τους κλάδους της φυσικής επιστήμης, από την ατομική φυσική (όπου τα λέιζερ και τα μέιζερ αποτελούν απαραίτητα εργαλεία) μέχρι την κοσμολογία (όπου η μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου είναι το παράθυρό μας προς τη Μεγάλη Έκρηξη).
Οι γνώσεις που διαθέτουμε στη φυσική είναι ως ένα βαθμό σημαντικές και ορθές, αλλά δεν είναι τόσο άριστες και σαφείς όσο θα έπρεπε. Υπάρχουν διαφορετικές εξισώσεις για τέσσερεις δυνάμεις: την ισχυρή, την ασθενή, την ηλεκτρομαγνητική και τη βαρυτική. Αυτό το συνονθύλευμα θυμίζει τις αποσπασματικές εξισώσεις του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού πριν από το έργο του Μάξγουελ.
Κάποιοι φυσικοί πρότειναν διευρυμένες εξισώσεις που συνενώνουν τις διαφορετικές δυνάμεις. Αυτές οι εξισώσεις περιλαμβάνουν την ιδέα της υπερσυμμετρίας και προβλέπουν πολλές καινούργιες επιδράσεις. Έχουν ήδη παρατηρηθεί κάποιες από αυτές τις προβλεπόμενες επιδράσεις (για τους ειδικούς: μικροσκοπικές μάζες νετρίνων και ενοποίηση συζεύξεων). Όμως, όπως επισήμανε ο Καρλ Σαγκάν, «οι εντυπωσιακοί ισχυρισμοί απαιτούν εντυπωσιακές αποδείξεις» και, στην προκειμένη περίπτωση, οι υπάρχουσες αποδείξεις είναι ακόμα έμμεσες.
Ευτυχώς, οι ιδέες αυτές για μια καινούργια συνένωση προβλέπουν ότι θα δούμε εντυπωσιακά πράγματα στον LHC. Αν συμβεί κάτι τέτοιο, θα ανακαλυφθεί ένας ολόκληρος νέος κόσμος σωματιδίων όπου για κάθε ήδη γνωστό σωματίδιο θα υπάρχει ένα πιο βαρύ συζυγές –ο υπερσυνεργάτης του- με διαφορετικές, αλλά προβλέψιμες ιδιότητες.
Αυτές είναι οι ελπίδες και οι προσδοκίες μου για τον LHC. Υπάρχουν πάρα πολλές εικασίες σχετικά με αυτό που μπορεί να δούμε όπως πρόσθετες διαστάσεις του χωροχρόνου, χορδές αντί για σωματίδια και μικρές μαύρες τρύπες. Είναι πολύ πιθανόν, όμως, η πραγματικότητα να ξεπεράσει τις υποθέσεις.
* Ο Φρανκ Ουίλτσεκ είναι καθηγητής Φυσικής στο ΜΙΤ. Το 2004 τιμήθηκε με το Νόμπελ Φυσικής από τη Σουηδική Βασιλική Ακαδημία.
Copyright: Project Syndicate, 2010
