ΠΟΙΟΙ ΕΙΝΑΙ ΟΙ ΚΥΡΙΟΙ ΣΤΟΧΟΙ ΤΟΥ LHC

ΑΠΟ ΤΟΝ ΓΡΥΛΛΑΚΗ ΝΙΚΟ
Η τρέχουσα κατανόηση του κόσμου μας είναι ελλιπής. Το τυποποιημένο πρότυπο των μορίων και των δυνάμεων συνοψίζει την παρούσα γνώση μας φυσικής μορίων. Το τυποποιημένο πρότυπο έχει εξεταστεί από τα διάφορα πειράματα και έχει αποδειχθεί ιδιαίτερα επιτυχές στην πρόγνωση της ύπαρξης των προηγουμένως άγνωστων μορίων. Εντούτοις, αφήνει πολλές άλυτες ερωτήσεις, στις οποίες το LHC θα βοηθήσει να απαντήσει.
• Το τυποποιημένο πρότυπο δεν εξηγεί την προέλευση της μάζας, ούτε γιατί
μερικά μόρια είναι πολύ βαριά ενώ άλλα δεν έχουν καθόλου μάζα.
Η απάντηση μπορεί να είναι ο αποκαλούμενος μηχανισμός Higgs. Σύμφωνα με τη θεωρία του μηχανισμού Higgs, το σύνολο του διαστήματος είναι
γεμισμένος με έναν “τομέα Higgs”, και με την αλληλεπίδραση με αυτόν τον τομέα, τα μόρια αποκτούν τις μάζες τους. Μόρια που αλληλεπιδρούν έντονα με τον τομέα Higgs είναι βαριά, ενώ εκείνα που έχουν αδύναμες αλληλεπιδράσεις είναι ελαφριά. Ο τομέας Higgs έχει τουλάχιστον ένα νέο μόριο συνδεμένο με την παραπάνω διαπίστωση, το μποζόνιο Higgs. Εάν ένα τέτοιο μόριο υπάρχει, τα πειράματα στο LHC θα είναι σε θέση να το ανιχνεύσουν
• Το τυποποιημένο πρότυπο δεν προσφέρει μια ενοποιημένη περιγραφή όλων των θεμελιωδών δυνάμεων, με αποτέλεσμα να παραμένει δύσκολο να κατασκευαστεί μια θεωρία βαρύτητας παρόμοια με των θεμελιωδών, για τις υπόλοιπες δυνάμεις. Υπερσυμμετρία (SuperSymmetry) —μία θεωρία που υποθέτει την ύπαρξη των πιο ογκωδών συνεργατών από τα τυποποιημένα μόρια που ξέρουμε — θα μπορούσε να διευκολύνει την ενοποίηση των θεμελιωδών δυνάμεων. Εάν supersymmetry είναι αληθής, τότε τα ελαφρύτερα υπερσυμμετρικά μόρια πρέπει να βρεθούν στο LHC.
• Οι κοσμολογικές και αστροφυσικές παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι όλο το ορατό θέμα αποτελεί μόνο το 4% του κόσμου. Η αναζήτηση είναι ανοικτή για τα μόρια ή τα φαινόμενα αρμόδια για τη σκοτεινή ύλη (23%) και τη σκοτεινή ενέργεια (73%). Μία πολύ δημοφιλής ιδέα είναι ότι η σκοτεινή ενέργεια αποτελείται από ουδέτερα — αλλά ακόμα μη ανακαλυμμένα — υπερσυμμετρικά μόρια.

Ο πρώτος υπαινιγμός της ύπαρξης της σκοτεινής ύλης ήρθε το 1933, όταν, αστρονομικές παρατηρήσεις και υπολογισμοί του φαινομένου της βαρύτητας αποκάλυψαν ότι πρέπει να υπάρχει περισσότερη “ουσία” παρούσα στον κόσμο από αυτή που μπορούσαμε να λογαριάσουμε μέχρι τότε. Οι ερευνητές τώρα θεωρούν ότι το φαινόμενο της βαρύτητας της σκοτεινής ύλης κάνει τους γαλαξίες να περιστρέφονται γρηγορότερα από το αναμενόμενο και ότι το βαρυτικό πεδίο εκτρέπει το φώς των αντικειμένων πίσω του. Οι μετρήσεις αυτών των αποτελεσμάτων παρουσιάζουν την ύπαρξη της σκοτεινής ενέργειας, και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να υπολογίσουν την πυκνότητά της ακόμα κι αν δεν μπορούμε άμεσα να την παρατηρήσουμε

Η σκοτεινή ενέργεια είναι μια μορφή ενέργειας που εμφανίζεται να συνδέεται με το κενό στο διάστημα, και αποτελεί περίπου το 70% του σύμπαντος .Η σκοτεινή ενέργεια διανέμεται ομοιογενώς δια μέσω του σύμπαντος και του χρόνου. Με άλλα λόγια, η επίδρασή της δεν αλλοιώνεται καθώς ο κόσμος επεκτείνεται. Η ομαλή διανομή σημαίνει ότι η σκοτεινή ενέργεια δεν έχει οποιαδήποτε τοπικά αποτελέσματα βαρύτητας, αλλά μάλλον μια σφαιρική επίδραση στον κόσμο συνολικά. Αυτό οδηγεί σε μια αποκρουστική δύναμη, η οποία τείνει να επιταχύνει την επέκταση του σύμπαντος. Το ποσοστό επέκτασης και επιτάχυνσής του μπορεί να μετρηθεί από τα πειράματα χρησιμοποιώντας το νόμο Hubble. Αυτές οι μετρήσεις, μαζί με άλλα επιστημονικά στοιχεία, έχουν επιβεβαιώσει την ύπαρξη της σκοτεινής ενέργειας και έχουν χρησιμοποιηθεί για να υπολογίσουν την ποσότητά της.
Το LHC θα μας βοηθήσει επίσης για να ερευνηθεί το μυστήριο της Αντιύλης Η ύλη και η αντιύλη πρέπει να έχουν παραχθεί σε ίδια ποσότητα κατά την διάρκεια του Big Bang, αλλά από αυτό που έχουμε παρατηρήσει μέχρι τώρα, ο κόσμος μας αποτελείται μόνο από τήν ύλη. Γιατι; Το LHC μπορεί να βοηθήσει στο να δοθεί μια απάντηση.
Αρχικά ίσχυε ότι η αντιύλη ήταν μια τέλεια “αντανάκλαση” της ύλης—ότι εάν αντικαταστήσατε την ύλη με αντιύλη και εξετάσατε το αποτέλεσμα σαν σε έναν καθρέφτη, δεν θα ήσαστε σε θέση να πείτε τη διαφορά. Τώρα ξέρουμε ότι η αντανάκλαση είναι ατελής, και αυτό θα μπορούσε να έχει οδηγήσει στη δυσαναλογία ύλης αντιύλης στο σύμπαν.
Σύμφωνα με τις τρέχουσες θεωρίες, ο κόσμος, γεννημένος από το Big Bang, πέρασε από ένα στάδιο κατά τη διάρκεια του οποίου η ύλη που υπήρχε σε μορφή εξαιρετικά καυτή, σαν πυκνή σούπα που ονομάστηκε πλάσμα γκλουονίων-κουάρκς που αποτελείται από τις στοιχειώδεις δομικές μονάδες της ύλης.
Όσο το σύμπαν ψυχόταν, τα θεωρητικά και τα υποατομικά σωματίδια παγιδεύτηκαν σε σύνθετα μόρια όπως τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Αυτό το φαινόμενο καλείται περιορισμός των θεωρητικών και υποατομικών σωματιδίων. Το LHC είναι σε θέση να αναπαράγει το QGP με το να επιταχύνει και να συγκρούσεί μαζί δύο ακτίνες βαριών ιόντων.
Κατά τις συγκρούσεις, η θερμοκρασία θα υπερβεί 100.000 φορές αυτήν που υπάρχει στο κέντρο του ήλιου. Σε αυτούς τους όρους, τα θεωρητικά και υποατομικά σωματίδια ελευθερώνονται πάλι και οι ανιχνευτές μπορούν να παρατηρήσουν και να μελετήσουν την αρχέγονη σούπα, εξετάζοντας κατά συνέπεια τις βασικές ιδιότητες των μορίων και πώς παρατίθενται με σκοπό το σχηματισμό συνηθισμένου θέματος

Αυτή η εργασία έχει άδεια χρήσης Creative Commons -Αναφορά Δημιουργού – Μη Εμπορική Χρήση – Παρόμοια Διανομή4.0.