Cern: Οι επιστήμονες αναζητούν μυστηριώδη σωματίδια φαντάσματα
ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΩΝ VICTOR de SCHWANBERG/SCIENCE PHOTOΜερικοί φυσικοί υποψιάζονταν εδώ και καιρό ότι τα μυστηριώδη σωματίδια «φάντασμα» στον κόσμο γύρω μας θα μπορούσαν να προωθήσουν σημαντικά την κατανόησή μας για την αληθινή φύση του Σύμπαντος.
Τώρα οι επιστήμονες πιστεύουν ότι έχουν βρει έναν τρόπο να αποδείξουν αν υπάρχουν ή όχι.
Το κέντρο έρευνας σωματιδίων της Ευρώπης, το Cern, ενέκρινε ένα πείραμα που έχει σχεδιαστεί για να βρει στοιχεία για αυτά.
Το νέο όργανο θα είναι χίλιες φορές πιο ευαίσθητο σε τέτοια σωματίδια από προηγούμενες συσκευές.
Θα συντρίψει σωματίδια σε μια σκληρή επιφάνεια για να τα ανιχνεύσει αντί το ένα εναντίον του άλλου, όπως η κύρια συσκευή του Cern, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC).
Ποια είναι λοιπόν αυτά τα φανταστικά σωματίδια και γιατί χρειάστηκε μια νέα προσέγγιση για την ανίχνευση τους;
Η τρέχουσα θεωρία της σωματιδιακής φυσικής ονομάζεται Καθιερωμένο Μοντέλο.
Λέει ότι τα πάντα στο Σύμπαν αποτελούνται από μια οικογένεια 17 σωματιδίων - πολύ γνωστά όπως το ηλεκτρόνιο και το μποζόνιο Higgs - καθώς και από το λιγότερο γνωστό αλλά θαυμάσια ονομαζόμενο κουάρκ γοητείας, ταυ νετρίνο και γλουόνιο.
Μερικά αναμιγνύονται σε διαφορετικούς συνδυασμούς για να δημιουργήσουν τα μεγαλύτερα, αλλά ακόμα απίστευτα μικρά, σωματίδια που αποτελούν τον κόσμο γύρω μας, καθώς και τα αστέρια και τους γαλαξίες που βλέπουμε στο διάστημα, ενώ άλλα εμπλέκονται στις δυνάμεις της φύσης.
Αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα: οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει πράγματα στους ουρανούς - τον τρόπο που κινούνται οι γαλαξίες, για παράδειγμα - που υποδηλώνουν έντονα ότι όλα όσα μπορούμε να παρατηρήσουμε αποτελούν μόλις το 5 τοις εκατό του Σύμπαντος.
Μερικά, ή ακόμα και όλο το υπόλοιπο Σύμπαν, θα μπορούσαν να αποτελούνται από «φάντασμα» ή «κρυμμένα» σωματίδια. Θεωρείται ότι είναι φάντασμα των 17 σωματιδίων του Καθιερωμένου Μοντέλου.
Εάν υπάρχουν, είναι πραγματικά δύσκολο να εντοπιστούν γιατί πολύ σπάνια αλληλεπιδρούν με τον κόσμο που γνωρίζουμε. Σαν φαντάσματα, περνούν κατευθείαν μέσα από τα πάντα και δεν μπορούν να εντοπιστούν από καμία γήινη συσκευή.
Αλλά η θεωρία είναι ότι τα σωματίδια φάντασμα μπορούν, πολύ σπάνια, να διασπαστούν σε σωματίδια Καθιερωμένου Μοντέλου, και αυτά μπορούν να ληφθούν από ανιχνευτές. Το νέο όργανο αυξάνει τις πιθανότητες ανίχνευσης αυτών των αποσυνθέσεων αυξάνοντας κατά πολύ τον αριθμό των συγκρούσεων.
Αντί να συγκρούονται τα σωματίδια μεταξύ τους, όπως κάνουν τα περισσότερα τρέχοντα πειράματα, το Search for Hidden Particles (SHiP) θα τα συντρίψει σε ένα μεγάλο μπλοκ υλικού. Αυτό σημαίνει ότι όλα τα σωματίδια θρυμματίζονται σε μικρότερα κομμάτια - αντί για μερικά από αυτά. Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει γιατί αυτή η προσέγγιση «σταθερού στόχου» είναι πολύ πιο αποτελεσματική.
BBC NewsΟ επικεφαλής του έργου, ο καθηγητής Andrey Golutvin του Imperial College του Λονδίνου, δήλωσε ότι το πείραμα «σηματοδοτεί μια νέα εποχή στην αναζήτηση κρυμμένων σωματιδίων».
«Το SHiP έχει τη μοναδική δυνατότητα να λύσει πολλά από τα μεγάλα προβλήματα της σωματιδιακής φυσικής και έχουμε την προοπτική να ανακαλύψουμε σωματίδια που δεν έχουν ξαναδεί», είπε.
Το κυνήγι για σωματίδια φαντασμάτων απαιτεί ειδικά προσαρμοσμένο εξοπλισμό.
Με κανονικά πειράματα, χρησιμοποιώντας τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων, για παράδειγμα, μπορούν να ανιχνευθούν νέα σωματίδια μέχρι ένα μέτρο από τη σύγκρουση. Όμως τα σωματίδια-φαντάσματα μπορούν να παραμείνουν αόρατα και να ταξιδέψουν αρκετές δεκάδες ή και εκατοντάδες μέτρα πριν διαλυθούν και αποκαλυφθούν. Έτσι οι ανιχνευτές του SHiP τοποθετούνται πολύ πιο μακριά.
«Είμαστε εξερευνητές»
Ο καθηγητής Mitesh Patel του Imperial College περιέγραψε τη νέα προσέγγιση ως «ευφυή».
«Αυτό που με ελκύει πραγματικά σχετικά με το πείραμα είναι ότι αυτά τα σωματίδια βρίσκονται ακριβώς κάτω από τη μύτη μας, αλλά δεν μπορέσαμε ποτέ να τα δούμε λόγω του τρόπου με τον οποίο αλληλεπιδρούν, ή μάλλον του τρόπου με τον οποίο δεν αλληλεπιδρούν.
"Είμαστε εξερευνητές και πιστεύουμε ότι μπορούμε να δούμε κάτι ενδιαφέρον σε αυτό το νέο έδαφος. Επομένως, πρέπει να ρίξουμε μια ματιά."
Το SHiP θα κατασκευαστεί σε υπάρχουσες εγκαταστάσεις στο Cern, σύμφωνα με την Dr Claudia Ahdida, φυσικό στο Cern.
«Θα χρησιμοποιήσουμε ένα υπάρχον σπήλαιο και υποδομές και μέρη που θα προσπαθήσουμε και θα επαναχρησιμοποιήσουμε όσο το δυνατόν περισσότερο και αυτό που θα έχουμε είναι μια εγκατάσταση που θα μας βοηθήσει να αναζητήσουμε αυτόν τον κρυφό τομέα, που δεν έχει ξαναδεί ," είπε.
Το SHiP θα τρέξει μαζί με όλα τα άλλα πειράματα του Cern, το μεγαλύτερο από τα οποία είναι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων, ο οποίος αναζητά το χαμένο 95% του Σύμπαντος από τότε που ολοκληρώθηκε το 2008 με κόστος 3,75 δις £. Μέχρι στιγμής δεν έχει βρει κανένα σωματίδιο μη τυπικού μοντέλου, και έτσι το σχέδιο είναι να κατασκευαστεί μια μηχανή που θα είναι τρεις φορές μεγαλύτερη και πολύ πιο ισχυρή.
Το Future Circular Collider έχει εκτιμώμενο αρχικό κόστος 12 δισεκατομμυρίων λιρών. Η προγραμματισμένη ημερομηνία έναρξης του είναι κάποια στιγμή στα μέσα της δεκαετίας του 2040, αν και δεν θα είναι σε πλήρη νέα δυνατότητα κυνηγιού σωματιδίων μέχρι το 2070.
Αντίθετα, το πείραμα SHiP έχει προγραμματιστεί να αρχίσει να αναζητά νέα σωματίδια το 2030 και θα είναι περίπου εκατό φορές φθηνότερο σε περίπου 100 εκατομμύρια £. Αλλά οι ερευνητές λένε ότι χρειάζονται όλες οι προσεγγίσεις για να διερευνηθούν όλες οι πιθανές επιλογές προκειμένου να βρεθούν τα σωματίδια που λένε ότι θα οδηγούσαν σε μια από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις στη φυσική όλων των εποχών.
Ακολουθήστε το Pallab στο X , παλαιότερα γνωστό ως Twitter.
Ο Pallab Ghosh και η Kate Stephens μπαίνουν μέσα στον μεγαλύτερο επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο για να μάθουν γιατί οι επιστήμονες θέλουν έναν ακόμη μεγαλύτερο.
Σχόλια