Τα πειράματα του CERN

Στα τέλη του περασμένου μήνα (29 Σεπτεμβρίου) συμπληρώθηκαν 65 χρόνια από τότε που τα δώδεκα ιδρυτικά κράτη-μέλη, μεταξύ των οποίων και η Ελλάδα, υπέγραψαν την τελική σύμβαση για τη δημιουργία της Ευρωπαϊκής Επιτροπής Πυρηνικών Ερευνών (Conseil Europeéne pour la Recherche Nucléaire-CERN)!



Σήμερα τα κράτη-μέλη (ενεργά και υποψήφια) έχουν φτάσει τα 31, αλλά οι αρχικοί στόχοι του CERN παραμένουν οι ίδιοι και αφορούν τη διερεύνηση των βασικών ερωτήσεων που έχουμε για το σύμπαν, αφού η πειραματική αλλά και η θεωρητική έρευνα που διεξάγεται εκεί, μας δείχνει τον δρόμο για την κατεύθυνση που θα πάρει η έρευνα στη φυσική τα επόμενα χρόνια.

Σε βάθος περίπου 100 μέτρων κάτω από την επιφάνεια του εδάφους και στις διάφορες πειραματικές διατάξεις του μεγάλου επιταχυντή αδρονίων (LHC) του CERN μπορούμε να δούμε το σύμπαν να ξαναγεννιέται, όχι μία αλλά 30 εκατομμύρια φορές κάθε δευτερόλεπτο και επί χρόνια! Ο τεράστιος κυκλικός επιταχυντής LHC με μήκος 27 χιλιομέτρων αποτελείται από χιλιάδες χιλιόμετρα καλωδιώσεων, χιλιάδες ηλεκτρομαγνήτες και ερευνητικές συσκευές με δεκάδες δισεκατομμύρια τρανζίστορ. Επί πλέον 128 τόνοι υγρού ηλίου κρατούν τη θερμοκρασία των υπεραγώγιμων μαγνητών στον 1,8 βαθμό πάνω από το απόλυτο μηδέν, θερμοκρασία δηλαδή 271 βαθμών Κελσίου κάτω από το μηδέν. Στον LHC οι ροές των σωματιδίων επιταχύνονται σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός, εκτελούν δηλαδή περίπου 11.200 βόλτες γύρω από τον κυκλικό επιταχυντή κάθε δευτερόλεπτο, ενώ η πίεση που επικρατεί είναι 760 φορές μικρότερη από την ατμοσφαιρική πίεση που επικρατεί στην επιφάνεια της θάλασσας. Οι συγκρούσεις των σωματιδίων παράγουν στιγμιαία τεράστια ποσά ενέργειας που φτάνουν μέχρι και τα 14 τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ (TeV). Η θερμοκρασία δηλαδή που δημιουργείται στιγμιαία φτάνει τα περίπου 162.000 τρισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, 10,8 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη θερμοκρασία απ’ αυτήν που επικρατεί στον πυρήνα του Ηλιου.

Σε αυτές τις θερμοκρασίες φτάνουμε στις ενέργειες που επικρατούσαν τις πρώτες στιγμές της γέννησης του σύμπαντος και στα διάφορα φαινόμενα που εξελίσσονταν την εποχή εκείνη. Μέρος της ενέργειας αυτής μετατρέπεται σε ύλη σύμφωνα με την περίφημη εξίσωση του Αϊνστάιν(E = mc²). Μερικά από τα σωματίδια που δημιουργούνται στις συγκρούσεις του LHC δεν «επιζούν» περισσότερο από ένα τρισεκατομμυριοστό του τρισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου γιατί σε ένα απειροελάχιστο κλάσμα του δευτερολέπτου διασπώνται σε ελαφρότερα σωματίδια και ορισμένα εξ αυτών διασπώνται ακόμη πιο πολύ. Οι διαδικασίες αυτές των διασπάσεων δημιουργούν χαρακτηριστικές «υπογραφές» που μας αποκαλύπτουν τα είδη των σωματιδίων τα οποία εμφανίζονται. Οι ανιχνευτές μπορούν να εντοπίσουν τα είδη των σωματιδίων που δημιουργούνται κατά τη σύγκρουση καταγράφοντάς τα στους ειδικούς υπολογιστές. Από την επεξεργασία των στοιχείων αυτών οι ειδικοί ερευνητές μπορούν να βγάλουν συμπεράσματα για τη δομή της ύλης. Και αν όλα πάνε όπως έχουν σχεδιαστεί, τότε θα μπορέσουμε να αποτυπώσουμε στις ειδικές συσκευές τα χνάρια των συνθηκών που επικρατούσαν στις πρώτες απειροελάχιστες στιγμές της γέννησης του σύμπαντος πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.


Σήμερα, το θεωρητικό μοντέλο της σύγχρονης Πυρηνικής Φυσικής, που ονομάζεται «Καθιερωμένο Πρότυπο», μπορεί να εξηγήσει και να προβλέψει αναρίθμητα φαινόμενα που παρατηρούνται στον μικρόκοσμο, ενώ μεταξύ των άλλων, μεγάλη επιτυχία του CERN θεωρείται και η ανακάλυψη του μποζονίου Χιγκς το 2012. Υπάρχουν, όμως, και ερωτήματα που παραμένουν αναπάντητα ακόμη: από τι αποτελούνται η «σκοτεινή ύλη» και η «σκοτεινή ενέργεια» που συνιστούν το 95% των συστατικών του σύμπαντος; Γιατί υπάρχουν μόνο τρεις οικογένειες σωματιδίων; Εάν η ύλη και η αντιύλη δημιουργούνται πάντα σε ίσες ποσότητες, πού πήγε η αντιύλη που θα πρέπει να δημιουργήθηκε αμέσως μετά τη Μεγάλη Eκρηξη; Οι θεωρητικές προσεγγίσεις για την απάντηση τέτοιων ερωτημάτων έχουν ήδη αρχίσει και η συμβολή του LHC στην πειραματική επαλήθευση των προσεγγίσεων αυτών αναμένεται με ιδιαίτερο ενδιαφέρον στα χρόνια που έρχονται.




Εν κατακλείδι τα πειράματα του CERN συνεχίζουν την «περιπέτεια ιδεών» της επιστήμης που ξεκίνησε με τα πειράματα που έκανε ο Ερνεστ Ράδερφορντ πριν από περίπου 100 χρόνια. Τα πειράματα αυτά μας οδήγησαν στη διαπίστωση ότι η μεγαλύτερη ποσότητα της μάζας ενός ατόμου είναι συγκεντρωμένη στον πυρήνα του, γεγονός που μας έχει αναγκάσει να οδηγηθούμε στις σύγχρονες υποθέσεις μιας «νέας φυσικής» όπου όλα τα θεμελιώδη σωματίδια ίσως να είναι απλές χορδές ενέργειας. Και όχι μόνο, γιατί ίσως το σύμπαν να περιλαμβάνει περισσότερες διαστάσεις από αυτές που γνωρίζουμε, ενώ ίσως να υπάρχουν και άλλων ειδών σωματίδια που δεν έχουμε μέχρι τώρα ανακαλύψει. Η περιπέτεια συνεχίζεται!

Πηγή: kathimerini.gr (Διονύσης Π. Σιμόπουλος, επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου)