Πολύς λόγος γίνεται τις τελευταίες μέρες για το περίφημο πείραμα στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Ερευνών CERN στη Γενεύη. Συζητήσεις για την συγκεκριμένη έρευνα που γενούν ερωτήματα, εξάπτουν την φαντασία και πυροδοτούν προληπτικές αντιδράσεις και θρησκόληπτους φόβους.
Όμως τι κάνουν στην πραγματικότητα τόσες εκατοντάδες επιστήμονες στις υπόγειες σήραγγες κάτω από τα σύνορα της Ελβετίας με την Γαλλία; Τι περιμένουν ακόμα με αγωνία χιλιάδες άλλοι συνάδελφοι τους που συνδέονται καθημερινά από τα πανεπιστήμια τους σε όλο τον κόσμο με το Κέντρο Ερευνών; Η έρευνα στο CERN δεν έχει καμία σχέση με τις περιγραφές του Dan Brown στους Πεφωτισμένους (Illuminati). Η εποχή των μοναχικών επιστημόνων που είχαν δικά τους πειράματα, έχει παρέλθει από τις αρχές του εικοστού αιώνα. Η σύγχρονη πειραματική διαδικασία απαιτεί συντονισμένη προσπάθεια και συνεργασία όχι μόνο των επιστημόνων αλλά και των πανεπιστημίων τους και των κρατών που συμμετέχουν.
Για να κατανοήσει κάποιος αμέτοχος της Έρευνας στη Φυσική όλη τη διαδικασία αναζήτησης, αλλά και το μέγεθος του εγχειρήματος με τα προβλήματα που δημιουργούνται, θα πρέπει να ξεκινήσει από τα βασικά.
Η σύγχρονη Φυσική στηρίζεται σε δύο ισχυρές βάσεις - θεωρίες που έχουν αποδειχθεί πολλές φορές και η ισχύς τους δεν αμφισβητείται. Την Κβαντομηχανική από την μια πλευρά και την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας από την άλλη. Ας μην ανησυχεί ο αναγνώστης, η παραπέρα αναφορά στην Κβαντομηχανική ξεφεύγει από τις προθέσεις αυτού του κειμένου. Όσο για την Ειδική Σχετικότητα, το μόνο που έχει να συγκρατήσει είναι η περίφημη θεωρία του Αϊνστάιν για την ισοδυναμία Μάζας και Ενέργειας. Με απλά λόγια, η θεωρία λέει πως τα δύο φυσικά μεγέθη είναι ισοδύναμα, δηλαδή η ενέργεια είναι μάζα και η μάζα είναι ενέργεια. Για παράδειγμα θα μπορούσε να αναφερθεί πως ένα αντικείμενο που κινείται (έχει κινητική ενέργεια) είναι «βαρύτερο» από το ίδιο αντικείμενο όταν είναι ακίνητο. Η μάζα λοιπόν του αντικειμένου αυξάνεται όσο πιο γρήγορα αυτό κινείται. Η αύξηση της μάζας λόγω κίνησης δεν έχει όρια και ενισχύεται προς τεράστια μεγέθη όσο η ταχύτητα του αντικειμένου πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός.
Σύμφωνα με τη λογική αυτή, οι επιστήμονες στα πειράματα προσπαθούν να αυξήσουν όσο μπορούν την μάζα κάποιων αντικειμένων. Το γιατί θα το δούμε αργότερα. Να επαναλάβουμε πως η θεωρία ισχύει για κάθε υλικό αντικείμενο, αλλά η τεχνολογία που υπάρχει, για την ώρα, μας επιτρέπει να επιταχύνουμε μόνο πολύ μικρά, ηλεκτρικά φορτισμένα σώματα. Ιδανικά για την περίπτωση μας είναι τα γνωστά σώματα που αποτελούν τα άτομα της ύλης, τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια (τα νετρόνια εξαιρούνται γιατί δεν φέρουν ηλεκτρικό φορτίο).
Ο τρόπος της επιτάχυνσης είναι απλός. Γνωρίζουμε από την Φυσική του γυμνασίου πως ένα φορτισμένο σωματίδιο αν βρεθεί ανάμεσα στους πόλους ενός μαγνήτη δέχεται μια «κλωτσιά» προς τον ένα πόλο. (Αν το σωματίδιο έχει αντίθετο φορτίο, η «κλωτσιά» θα το στείλει στον άλλο πόλο). Φανταστείτε λοιπόν μια ευθεία από τρύπιους στη μέση μαγνήτες. Το σωματίδιο που θα βρεθεί στην τρύπα του πρώτου μαγνήτη θα δεχτεί την πρώτη «κλωτσιά». Φτάνοντας στην τρύπα του δεύτερου, η κλωτσιά θα το επιταχύνει περισσότερο, στον τρίτο ακόμα περισσότερο και ούτω καθ’ εξής, έτσι ώστε στον τελευταίο μαγνήτη θα έχει αποκτήσει μια σεβαστή ταχύτητα, δηλαδή μεγάλη κινητική ενέργεια δηλαδή μεγάλη μάζα. Απλά τα πράγματα μέχρι εδώ, και οι διατάξεις αυτές των μαγνητών σε ευθεία ονομάζονται γραμμικοί επιταχυντές. Τέτοιες συσκευές υπάρχουν πολλές σε όλο τον κόσμο, μια μικρή μάλιστα από αυτές λειτουργούσε και στο δικό μας Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών «Δημόκριτος».
Πού είναι όμως το πρόβλημα; Η σειρά των μαγνητών σε ευθεία τελειώνει σε κάποια απόσταση και τα σωματίδια μπορούν να επιταχυνθούν μόνο μέχρις ενός ορίου, το οποίο πλέον δεν είναι αρκετό. Η δεύτερη λοιπόν γενιά επιταχυντών, βασισμένη και πάλι στην ίδια ιδέα της μαγνητικής «κλωτσιάς» άλλαξε απλώς γεωμετρία. Οι μαγνήτες, αντί να βρίσκονται σε ευθεία γραμμή σχηματίζουν ένα μεγάλο δαχτυλίδι. Με προσεκτικό σχεδιασμό τα φορτισμένα σωματίδια δέχονται και πάλι τις μαγνητικές «κλωτσιές», μόνο που η σειρά των μαγνητών δεν τελειώνει. Τα σωματίδια μετά την κλωτσιά του τελευταίου μαγνήτη βρίσκονται απλά μέσα στον πρώτο και συνεχίζουν να περιστρέφονται μέσα στο μεγάλο δαχτυλίδι, επιταχύνοντας διαρκώς.
Για μεγαλύτερες ενέργειες χρησιμοποιείται η παρακάτω τεχνική. Μέσα στους μαγνήτες δεν μπαίνουν μόνο σωματίδια ενός είδους, αλλά και μία ποσότητα των αντισωματιδίων τους. Ναι, τα ερευνητικά αυτά κέντρα, εδώ και πολλές δεκαετίες μπορούν να κατασκευάσουν και να χρησιμοποιήσουν αντιύλη χωρίς κανένα πρόβλημα. (Ο κόσμος μας υπάρχει ακόμα, έτσι δεν είναι;) Τα αντισωματίδια έχουν αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο και γι' αυτό οι «κλωτσιές» που δέχονται από τους μαγνήτες έχουν αντίθετη κατεύθυνση. Περιστρέφονται λοιπόν σε ανάποδη φορά από τα κανονικά και όταν τελικά συγκρούονται μεταξύ τους η συνολική ενέργεια είναι μεγαλύτερη. Είναι όπως το αυτοκίνητο που πέφτει με πενήντα χιλιόμετρα πάνω σε ένα τοίχο. Η ζημιά του είναι πολύ μικρότερη από αυτήν ενός αυτοκινήτου που συγκρούεται μετωπικά με ένα άλλο το οποίο κινείται και αυτό με πενήντα χιλιόμετρα.
Ο σχεδιασμός μιας τέτοια διάταξης είναι βέβαια πολύ πιο πολύπλοκος και γι' αυτό η γενιά αυτή των επιταχυντών περιορίζεται σε λίγα Ερευνητικά Κέντρα. Οι δύο μεγαλύτεροι βρίσκονται ο ένας στις ΗΠΑ και ο τελευταίος και μεγαλύτερος (για την ώρα) στο CERN.
Γιατί λοιπόν οι επιστήμονες προσπαθούν να αυξήσουν τόσο πολύ την μάζα των σωματιδίων; Την απάντηση θα μας την δώσει η περιγραφή της φρουτοσαλάτας που ακολουθεί. Η φρουτοσαλάτα όμως, όπως θα δείτε δεν απευθύνεται σε χορτοφάγους γιατί περιέχει και άλλα υλικά. Φαντασθείτε, στην θέση των πρωτονίων που συγκρούονται δύο φράουλες. Αν η ταχύτητα τους είναι σχετικά μικρή τότε το μόνο που θα δούμε σαν αποτέλεσμα της σύγκρουσης, είναι λίγος πολτός φράουλας κατάλληλος μόνο για γρανίτα.
Όμως σε πολύ μεγάλες ταχύτητες, τα πράγματα αλλάζουν. Αν κάθε φράουλα ζυγίζει 10 γραμμάρια ακίνητη, επιταχυνόμενη στον επιταχυντή του CERN θα αποκτήσει μάζα μέχρι και 30 χιλιάδες φορές μεγαλύτερη δηλαδή θα ζυγίζει τριακόσια κιλά. Οι δύο μαζί βεβαίως θα αποτελούν ένα σύνολο εξακοσίων περίπου κιλών. Και εδώ, στην σύγκρουση (συγχωρήστε με, σας είπα ένα αθώο ψεματάκι προηγουμένως), επεμβαίνει λίγο η Κβαντομηχανική. Μην φοβάστε, τίποτα πολύπλοκο, απλώς η Κβαντομηχανική επιτρέπει να δημιουργηθούν, εκτός από τον πολτό φράουλας και πορτοκάλια, πεπόνια, καρπούζια, χελώνες, πέτρες, χρυσόψαρα, και μοσχαράκια. Βεβαίως το σύνολο της μάζας τους θα είναι πάντα εξακόσια κιλά. Η ίδια θεωρία απαγορεύει την δημιουργία πουλιών με κεφάλι αλόγου, βράχων με πόδια, και ανθρώπων με ουρά νυφίτσας.
Να λοιπόν, ενώ περιμέναμε μια μεγάλη ποσότητα γρανίτας φράουλα, έχουμε μια πλούσια φρουτοσαλάτα ανακατεμένη με διάφορα άλλα φυσικά υλικά και όντα. Προσοχή όμως, σε καμιά περίπτωση δεν περιέχει τέρατα και αφύσικες οντότητες.
Μέχρι εδώ, το κείμενο κάλυψε το θέμα των μαγνητών και της φράουλας, η μεταφυσική του όμως σχέση με τον Θεό δεν έχει αποκαλυφθεί. Και ούτε θα αποκαλυφθεί κάτι τέτοιο ποτέ. Η σοβαρή Επιστήμη και η σοβαρή Θεολογία δεν έχουν κοινά πεδία ενασχόλησης, δεν θα βοηθήσουν ποτέ η μία την άλλη αλλά ούτε θα έρθουν αντιμέτωπες. Τι είναι λοιπόν αυτό το σωματίδιο του Θεού; Τι ακριβώς είναι αυτό το περίφημο σωματίδιο;
Mε απλά λόγια και πάλι το Higgs είναι ένα σώμα που δίνει την απάντηση σε μια από τις γνωστές ερωτήσεις των παιδιών. Και των Φυσικών βεβαίως. Γιατί η ύλη να έχει μάζα; Γιατί δηλαδή να πονάμε όταν μια πέτρα θα μας χτυπήσει στο κεφάλι; Η πάλι γιατί να πέφτουμε όταν το λεωφορείο ξεκινά απότομα και δεν κρατιόμαστε από πουθενά; Η θεωρία του Άγγλου Φυσικού Higgs προβλέπει (με κάπως πολύπλοκα μαθηματικά!!!) πως υπάρχει ένα σωματίδιο (που πήρε τιμητικά το όνομα του) το οποίο δίνει μάζα σε όλα τα γνωστά σωματίδια (ηλεκτρόνια, πρωτόνια, νετρόνια, κόκκους άμμου, σταγόνες νερού, φράουλες, χταπόδια και μην ξεχνάμε, μοσχαράκια). Το ίδιο το σωμάτιο Higgs έχει μάζα η οποία προβλέπεται να είναι εκατό με εκατόν - πενήντα φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του πρωτονίου. Δηλαδή αν ένα πρωτόνιο έχει το μέγεθος φράουλας, το Higgs θα είναι σαν ένα μεγάλο κίτρο η ένα μικρό πεπόνι.
Και κάπου εδώ κλείνει ο κύκλος. Για να δημιουργήσουμε και να παρατηρήσουμε το Higgs πρέπει, χρησιμοποιώντας τους μαγνήτες και με πρωταρχικά υλικά τις φράουλες, να φτιάξουμε μια πλούσια φρουτοσαλάτα, μέσα στην οποία θα υπάρχει μεγάλη πιθανότητα να δούμε το μικρό πεπόνι.
Αυτή είναι η αλήθεια, ή περίπου η αλήθεια. Κάποιες μικρές ανακρίβειες, όπως η άτοπη χρήση του όρου «βαρύτερος» και η περίπου σχετικιστική άθροιση των μαζών που αφέθηκαν για χάρη της απλοποίησης, δεν αλλοιώνουν την πραγματικότητα.
Τελειώνοντας θα μπορούσε να αναρωτηθεί κανείς, αν αξίζει τον κόπο να δαπανώνται πολλά δισεκατομμύρια για τέτοιου είδους έρευνα, για να ικανοποιηθούν δηλαδή ερωτήματα παιδιών και ερευνητών. Η απάντηση σ' αυτό το ερώτημα είναι τριπλή.
Κατ' αρχάς, η τεχνολογία που εξελίσσεται μέσα από τέτοιου είδους πειράματα είναι πραγματικά εκπληκτική και με πάρα πολλές πρακτικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, ο παγκόσμιος ιστός του INTERNET αναπτύχθηκε αρχικά για τις ανάγκες του CERN. Στο ίδιο ερευνητικό κέντρο γεννήθηκε η ιδέα του αξονικού τομογράφου και τόσων άλλων διατάξεων που κάνουν πιο εύκολη και ασφαλή τη ζωή μας.
Το δεύτερο σκέλος της απάντησης έχει να κάνει με την παγκόσμια συνεργασία που αναπτύσσεται. Καθώς η έρευνα για τα βασικά ερωτήματα δεν σχετίζεται με στρατιωτικούς σκοπούς οι διεθνείς ομάδες από επιστήμονες κάθε πολιτικής ή θρησκευτικής ιδεολογίας είναι κάτι το απόλυτα συνηθισμένο σ' αυτούς τους χώρους και οι πληροφορίες προσιτές σε όλους.
Τέλος - και ίσως σημαντικότερη απάντηση- είναι αυτή που έχει να κάνει με την ίδια την φύση του ανθρώπου. Η αναζήτηση της γνώσης είναι ο βασικός παράγοντας εξέλιξης του ανθρώπινου είδους. Σκεφτείτε τι θα είχε συμβεί, αν ο πρώτος πιθηκάνθρωπος, αντί να χρησιμοποιήσει το κόκαλο που κρατούσε σαν εργαλείο, το έτρωγε!
Κουτεντάκης Γιάννης
Πρώην Επιστημονικός συνεργάτης στο CERN και στο FERMILAB
