Πέμπτη, 3 Νοεμβρίου 2016

SMASH: Η νέα θεωρία που μπορεί να λύσει 5 από τα μεγαλύτερα προβλήματα της φυσικής

Μια νέα θεωρία που ισχυρίζεται ότι έχει λύσει πέντε από τα μεγαλύτερα προβλήματα στη φυσική μονομιάς, αναπτύχθηκε από μια ομάδα Γάλλων φυσικών στο Πανεπιστήμιο Paris-Saclay, και εισάγει μερικά νέα σωματίδια, σε μια προσπάθεια να ενοποιήσει πολλαπλές διαφορετικές θεωρίες για την επίλυση των πέντε από τα μεγαλύτερα προβλήματα στη φυσική.

Την σκοτεινή ύλη, τον μηχανισμό πίσω από τον πληθωρισμό του σύμπαντος (κοσμικός πληθωρισμός), την επικράτηση της ύλης έναντι της αντιύλης (baryogenesis : η ανισορροπία της ύλης (βαρυονίου) και αντιύλης (antibaryon) στο παρατηρούμενο σύμπαν), των ταλαντώσεων των νετρίνων και το πρόβλημα της μη παραβίασης της συμμετρίας CP  από την ισχυρή πυρηνική δύναμη.

Όλα αυτά τα προβλήματα στο τρέχον μοντέλο φυσικής, κατά κάποιο τρόπο σχετίζονται με τα μυστήρια της κβαντικής μηχανικής.

Η θεωρία, που ονομάστηκε SMASH, επεκτείνει το Καθιερωμένο Μοντέλο της φυσικής.

Το Καθιερωμένο Μοντέλο είναι ο κατάλογος των κάθε είδους σωματιδίων που οι φυσικοί γνωρίζουν.

Περιλαμβάνονται τα κουάρκ (τα δομικά στοιχεία των πρωτονίων και νετρονίων), τα ηλεκτρόνια και τα νετρίνα, και μια σειρά από πιο εξωτικά σωματίδια, όπως το μποζόνιο Higgs. Όλα μαζί, υπάρχουν δεκαεπτά διαφορετικά είδη σωματιδίων στο Καθιερωμένο Μοντέλο.

 Το Καθιερωμένο Πρότυπο περιγράφει όλα τα «δομικά συστατικά» της ύλης και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις, εκτός από τη βαρύτητα. Αν και έχει επιβεβαιωθεί από όλα τα πειράματα που έχουν γίνει μέχρι σήμερα, δεν μπορεί να εξηγήσει ορισμένα φαινόμενα που παρατηρούνται στη φύση.

Ωστόσο, υπάρχουν κάποια προβλήματα στη φυσική που το Καθιερωμένο Μοντέλο δεν μπορεί να λύσει. Ένα από τα μεγαλύτερα είναι η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης. Η σκοτεινή ύλη είναι μια μυστήρια μορφή της ύλης που δεν μπορούμε να δούμε, αλλά κατέχει σχεδόν το σύνολο της υπολογισμένης μάζας του Σύμπαντος. Οι φυσικοί από καιρό έχουν υποψιαστεί ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να είναι ένα από τα εξωτικά σωματίδια από το Καθιερωμένο Μοντέλο, αλλά μέχρι στιγμής κανένα από αυτά τα σωματίδια δεν φαίνεται πιθανό υποψήφιο.

Επίσης, δεν εξηγεί γιατί η ύλη επικράτησε της αντιύλης, αλλά και γιατί στα αρχικά στάδια της δημιουργίας του, το σύμπαν πέρασε από μία φάση απότομης διαστολής, η οποία έχει ονομασθεί πληθωρισμός.

Από τέτοια αναπάντητα ερωτηματικά, οι φυσικοί είναι πεπεισμένοι πως το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι ατελές. «Πιθανότατα υπάρχουν και άλλα σωματίδια», λέει στο περιοδικό New Scientist o Μίκαελ Σαπόσνικοφ από το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Τεχνολογικό Ινστιτούτο στη Λοζάνη. «Το ερώτημα είναι πόσα νέα σωματίδια χρειαζόμαστε».

Μερικά προτεινόμενα μοντέλα, όπως η υπερσυμμετρία, προβλέπουν τουλάχιστον διπλάσιο αριθμό σωματιδίων από το Καθιερωμένο Πρότυπο, από τα οποία κανένα δεν έχει ανιχνευτεί πειραματικά σε διατάξεις όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων.

Η θεωρία SMASH, από την άλλη πλευρά, προσθέτει μόνο έξι.

Αυτά τα έξι θεωρητικά σωματίδια είναι τρία διαφορετικά είδη νετρίνων, συν ένα φερμιόνια και δύο ακόμη που ονομάζεται axion( 'Αξιον) και το ίνφλατον (inflaton). Το Αξιον είναι ο προτεινόμενος υποψήφιος για τη σκοτεινή ύλη. Το ίνφλατον κρύβεται θεωρητικά πίσω από τον κοσμικό πληθωρισμό, ενώ τα άλλα σωματίδια λύνουν πολλά άλλα τρέχοντα προβλήματα στη φυσική, όπως την παράξενη συμπεριφορά των νετρίνων  και την προέλευση όλης της ύλης στο σύμπαν.

«Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της συγκεκριμένης θεωρίας είναι πως θα μπορεί να ελεγχθεί μέσα στα επόμενα 10 χρόνια περίπου», σημειώνει στο περιοδικό ο Andreas Ringwald, μέλος της ομάδας από το γερμανικό ερευνητικό κέντρο DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) στο Αμβούργο.

«Μπορείς πάντα να επινοείς καινούριες θεωρίες, αν όμως για αυτές η δυνατότητα ελέγχου θα δοθεί σε 100 χρόνια, ή και ακόμη και ποτέ, τότε δεν μπορούμε να μιλάμε για αληθινή επιστήμη».

Η θεωρία προβλέπει ότι το ένα από τα προτεινόμενα σωματίδια θα πρέπει να είναι 10 δισ. φορές ελαφρύτερο από το ηλεκτρόνιο. Σωματίδια με τέτοια μάζα θα μπορούσαν να ανιχνευθούν από το πείραμα CULTASK που πραγματοποιείται στη Νότια Κορέα ή να ανιχνευθούν στο μέλλον από το πείραμα MADMAX που σχεδιάζεται να ξεκινήσει στη Γερμανία.

Βέβαια, όσο οι πειραματικοί φυσικοί θα προσπαθούν να βρουν πειραματικά δεδομένα τα οποία θα επιβεβαιώσουν ή θα καταρρίψουν τη θεωρία, αυτό δεν σημαίνει πως στην πορεία δεν είναι πιθανόν να προκύψει ένα ακόμη καλύτερο μοντέλο. «Όλα τα ενδεχόμενα είναι ανοικτά», παραδέχεται στο περιοδικό ο Ringwald.

Το καλύτερο μέρος είναι ότι αυτή η νέα θεωρία μπορεί να ελεγχθεί σχετικά σύντομα. Μέρη αυτής της θεωρίας μπορούν να ελεγχθούν με την επόμενη γενιά των επιταχυντών σωματιδίων και με τηλεσκόπια που θα τεθούν σε λειτουργία μέσα στα επόμενα χρόνια, ίσως αποκαλύπτοντας την ύπαρξη αυτών των νέων, θεωρητικών σωματιδίων.

Μπορεί να μην χρειαστεί να περιμένουμε πολλά χρόνια, που πολλά από τα μυστήρια του σύμπαντος θα γίνουν λιγότερο μυστηριώδη.
  2/11/2016


Blog Widget by LinkWithin
Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...