Πλησιάζει η ώρα της αλήθειας για το σωματίδιο Higgs

Το σωματίδιο Higgs προτάθηκε από τον Αγγλο φυσικό Peter Higgs ήδη από το 1964, ως ο μηχανισμός εκείνος με τον οποίο τα σωματίδια αποκτούν τη μάζα τους. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, το πεδίο Higgs είναι απλωμένο σε όλο το χώρο, και όλα τα σωματίδια επιδρούν διαφορετικά μαζί του. Όσο μεγαλύτερη η αλληλεπίδραση, τόσο μεγαλύτερη είναι και η μάζα τους.

Οι θεωρητικοί φυσικοί σε όλο τον πλανήτη έχουν μια ημερομηνία σημειωμένη στο ημερολόγιό τους: την 4η Ιουλίου. Είναι η ημερομηνία που το CERN θα διοργανώσει ένα συνέδριο στη Μελβούρνη με θέμα τις τελευταίες εξελίξεις στην έρευνα για το μποζόνιο Higgs, ένα θεωρητικό για την ώρα σωματίδιο που είναι υπεύθυνο για τη μάζα των υπόλοιπων σωματιδίων. Όσο η 4η Ιουλίου πλησιάζει, τόσο αυξάνονται και οι φήμες ότι θα ανακοινωθεί η πολυαναμενόμενη εύρεση του «σωματιδίου του Θεού», αν και το CERN και επιστήμονες που συμμετέχουν προειδοποιούν πως δεν θα ανακοινώσουν με σιγουριά κάποιο αποτέλεσμα, παρά μόνο τις τελευταίες ενδείξεις στην έρευνά τους.

Θυμίζουμε ότι τον περασμένο Δεκέμβριο το CERN είχε ανακοινώσει σε ένα αντίστοιχο συνέδριο, πως υπάρχουν έντονες ενδείξεις για ένα νέο σωματίδιο με την ενέργεια που αναμένεται να έχει και το σωματίδιο Higgs (περίπου στα 125 GeV), και υπολόγισαν την πιθανότητα ύπαρξής του ίση με περίπου 95%. Για να κατοχυρωθεί όμως μια ανακάλυψη, οι φυσικοί πρέπει να είναι απόλυτα σίγουροι, και το ευρέως αποδεκτό όριο για την πιθανότητα αυτή πρέπει να είναι τουλάχιστον 99.9999426697%!

Το σωματίδιο Higgs προτάθηκε από τον Αγγλο φυσικό Peter Higgs ήδη από το 1964, ως ο μηχανισμός εκείνος με τον οποίο τα σωματίδια αποκτούν τη μάζα τους. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, το πεδίο Higgs είναι απλωμένο σε όλο το χώρο, και όλα τα σωματίδια επιδρούν διαφορετικά μαζί του. Όσο μεγαλύτερη η αλληλεπίδραση, τόσο μεγαλύτερη είναι και η μάζα τους. Χρησιμοποιώντας μια φανταστική αναλογία, το πεδίο Higgs θα μπορούσε να μοιάζει με μια ατελείωτη πεδιάδα από χιόνι. Την πεδιάδα αυτή, κάποιοι τη διασχίζουν κάνοντας σκι πολύ γρήγορα, αλληλεπιδρούν λίγο δηλαδή με το χιόνι έχοντας μικρή μάζα, κάποιοι περπατάνε με χιονοπέδιλα και βυθίζονται λίγο περισσότερο στο χιόνι έχοντας μεγαλύτερη μάζα και κάποιοι φοράνε μπότες και βυθίζονται βαθιά μέσα στο χιόνι αποκτώντας πολύ μεγαλύτερη μάζα. Κάποιοι άλλοι, όπως τα φωτόνια δεν ακουμπούν καθόλου το χιόνι κι έτσι δεν έχουν καθόλου μάζα.

Γιατί όμως είναι τόσο δύσκολο να αποφανθούν τελικά αν υπάρχει ή όχι το συγκεκριμένο σωματίδιο; Οι ερευνητές στο CERN, συγκρούουν δέσμες πρωτονίων με πολύ μεγάλες ταχύτητες, πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός, σε έναν επιταχυντή που εκτείνεται 27 χιλιόμετρα, 100 μέτρα κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Τα πρωτόνια καθώς συγκρούονται διαλύονται σε πιο στοιχειώδη σωματίδια, με ένα πλήθος από πιθανές αντιδράσεις να λαμβάνουν χώρα. Οι αντιδράσεις αυτές, είναι τυχαίες ακολουθώντας τους νόμους πιθανοτήτων της κβαντικής μηχανικής. Οι αντιδράσεις μάλιστα που «εμφανίζεται» το μποζόνιο Higgs είναι πολύ λιγότερο πιθανές από άλλες, πιο κοινές αντιδράσεις, ενώ και ο χρόνος ζωής του σωματιδίου αυτού είναι πολύ μικρός: δημιουργείται και «σπάει» αμέσως σε άλλα κομμάτια. Το πλήθος των αντιδράσεων είναι τόσο μεγάλο, που η υπολογιστική ισχύς που χρειάζεται για να αναλύσει δεδομένα της τάξης των 40 Terabyte την ημέρα είναι τεράστια, με αποτέλεσμα η διαδικασία αυτή να απαιτεί χρόνο. Είναι σα να ψάχνουν για μικρά θραύσματα μέσα σε μια ατέλειωτη αλληλουχία εκρήξεων.

Τι θα σήμαινε όμως αν τελικά δε βρεθεί το πολυπόθητο σωματίδιο; Το σωματίδιο Higgs είναι ένας απαραίτητος κρίκος στη θεωρία που έχουμε σήμερα για τη φύση, το Τυπικό Μοντέλο, το οποίο περιέχει και εξηγεί όλες τις δυνάμεις που γνωρίζουμε εκτός από τη βαρύτητα. Το να μη βρεθεί θα ήταν από τη μία απαγοητευτικό, καθώς θα έθετε σε αμφισβήτηση όλη τη σύγχρονη φυσική, αλλά θα ήταν κι ένα συναρπαστικό έναυσμα για την ανακάλυψη μιας πιο ολοκληρωμένης θεωρίας. Οι περισσότεροι επιστήμονες πάντως θεωρούν δεδομένη την ύπαρξη του, και μένει να μάθουμε αν έχουν δίκαιο.

http://www.naftemporiki.gr/news/cstory.asp?id=2202171

Ρεκόρ Guinness υψηλής θερμοκρασίας για τον αμερικανικό επιταχυντή RHIC

Το πλάσμα κουάρκ-γλουονίων που δημιουργήθηκε στον RHIC είναι 250.000 φορές θερμότερο από τον πυρήνα του Ήλιου (Πηγή: BNL)
Το πλάσμα κουάρκ-γλουονίων που δημιουργήθηκε στον RHIC είναι 250.000 φορές θερμότερο από τον πυρήνα του Ήλιου (Πηγή: BNL)  
Νέα Υόρκη

Το Ρεκόρ Guinness για την «υψηλότερη θερμοκρασία που έχει δημιουργήσει ο άνθρωπος» ανήκει πλέον στον Σχετικιστικό Επιταχυντή Βαρέων Ιόντων (RHIC) στις ΗΠΑ, ο οποίος αναδημιούργησε τις συνθήκες που επικρατούσαν ένα εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου Μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν όλο το Σύμπαν είχε θερμοκρασία 4 τρισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Το CERN, όμως, μπορεί αν θέλει να αμφισβητήσει το ρεκόρ.

Μέσα στην υπόγεια κυκλική σήραγγα του RHIC, ο οποίος βρίσκεται στο αμερικανικό Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven στη Νέα Υόρκη, ιόντα χρυσού συγκρούονται μεταξύ τους σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός.

Η ενέργεια των συγκρούσεων είναι αρκετά υψηλή ώστε να διαλύσει την ύλη στα εξ ων συνετέθη: τα πρωτόνια και τα νετρόνια από τα οποία αποτελείται ο πυρήνας των ατόμων διαλύονται σε μια αρχέγονη «σούπα» από κουάρκ και γλουόνια, δύο κατηγορίες θεμελιωδών σωματιδίων.

Αυτό το πλάσμα κουάρκ-γλουονίων αποδείχθηκε 250.000 φορές πιο θερμό από το κέντρο του Ήλιου. Οι συνθήκες αυτές υπήρξαν στη φύση μόνο λίγες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν τα κουάρκ και τα γλουόνια δεν είχαν «συμπυκνωθεί» για να σχηματίσουν την ύλη όπως τη γνωρίζουμε σήμερα.

Οι ερευνητές του RHIC γνώριζαν ότι το πείραμα θα έδινε αυτές τις ακραίες θερμοκρασίες, δεν περίμεναν όμως ότι το αρχέγονο πλάσμα κουάρκ-γλουονίων θα συμπεριφερόταν ως υγρό που κινείται χωρίς τριβές.

Όλως περιέργως, αυτή η παράξενη συμπεριφορά έχει παρατηρηθεί και στα δύο άκρα του θερμοκρασιακού φάσματος: «Άλλοι φυσικοί έχουν πλέον παρατηρήσει μια παρόμοια συμπεριφορά υγρού σε παγιδευμένα δείγματα ατόμων σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν» επισημαίνει ο Στίβεν Βίγκντορ, επικεφαλής του προγράμματος πυρηνικής και σωματιδιακής φυσικής στο Brookhaven.

Το ρεκόρ της υψηλότερης θερμοκρασίας, πάντως, θα μπορούσε να διεκδικήσει και ο LHC, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων του CERN, κάτω από τα γαλλο-ελβετικά σύνορα.

«Η ενεργειακή πυκνότητα στον LHC είναι τρεις φορές υψηλότερη από ό,τι στον RHIC» λέει η Δέσποινα Χατζηφωτιάδου, φυσικός του CERN. «Αυτό μεταφράζεται σε αύξηση κατά 30% της απόλυτης θερμοκρασίας, συγκριτικά με την τιμή που πέτυχε ο RHIC» επισημαίνει.

Το πρόβλημα όμως είναι ότι το CERN δεν έχει δημοσιεύσει επίσημες μετρήσεις της θερμοκρασίας του πλάσματος κουάρκ-γλουονίων. Και οι υπεύθυνοι των Ρεκόρ Guinness δεν αρκούνται σε τίποτα λιγότερο από επίσημα, διασταυρωμένα στοιχεία.

Η ουσία όμως παραμένει: το θερμότερο σημείο στη Γη, και ένα από τα θερμότερα σημεία του Σύμπαντος, βρίσκεται κάτω από τα σύνορα Γαλλίας-Ελβετίας.

http://news.in.gr/science-technology/article/?aid=1231202500

Πολλές φορές στο παρελθόν είχαν λιώσει οι πάγοι της Αρκτικής

Τουλάχιστον οκτώ φορές κατά τα τελευταία 2,8 εκατ. χρόνια η Αρκτική έμεινε χωρίς πάγους, γνωρίζοντας μεγάλης διάρκειας μεσοπαγετωνικές περιόδους με θερμοκρασίες έως πέντε βαθμούς μεγαλύτερες από τις σημερινές.

Τουλάχιστον οκτώ φορές κατά τα τελευταία 2,8 εκατ. χρόνια η Αρκτική έμεινε χωρίς πάγους, γνωρίζοντας μεγάλης διάρκειας μεσοπαγετωνικές περιόδους με θερμοκρασίες έως πέντε βαθμούς μεγαλύτερες από τις σημερινές, καθώς και μεγαλύτερη υγρασία, σύμφωνα με νέες επιστημονικές εκτιμήσεις.

Το συμπέρασμα είναι ότι οι πολικές περιοχές είναι πολύ πιο ευάλωτες στις κλιματικές αλλαγές από ό,τι πίστευαν ως τώρα οι επιστήμονες.

Οι ερευνητές μελέτησαν γεωλογικά δείγματα (πυρήνες) που εξόρυξαν από το βυθό μιας λίμνης στη βορειοανατολική Σιβηρία, η οποία δημιουργήθηκε πριν από 3,6 εκατ. χρόνια από την πτώση ενός μεγάλου μετεωρίτη που άνοιξε ένα κρατήρα διαμέτρου 18 χλμ.

Προς το παρόν, οι επιστήμονες δεν είναι βέβαιοι ποιά είναι η αιτία γι’ αυτή τη σημαντική άνοδο της θερμοκρασίας στο παρελθόν (η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα θεωρείται ανεπαρκής αιτιολόγηση), αλλά θεωρούν πιθανό να οφείλεται στην κατάρρευση της παγοκρηπίδας στην άλλη πλευρά του πλανήτη, στη δυτική Ανταρκτική. Κάτι ανάλογο, όπως προειδοποίησαν, μπορεί να συμβεί ξανά στο μέλλον, λόγω της επιδείνωσης της κλιματικής αλλαγής, εγκαινιάζοντας έτσι μία ακόμη μεγάλης διάρκειας θερμή μεσοπαγετωνική περίοδο.

Οι ερευνητές από τη Γερμανία, τις ΗΠΑ, τη Σουηδία και τη Ρωσία, με επικεφαλής τον Μάρτιν Μέλες του Ινστιτούτου Γεωλογίας του πανεπιστημίου της Κολωνίας, επιβεβαίωσαν ότι οι αρκτικοί πάγοι περιοδικά επεκτείνονται και υποχωρούν κατά τα τελευταία 2,6 εκατ. χρόνια, ανάλογα με την αυξομείωση των θερμοκρασιών της Γης.

Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις, το λιώσιμο των συμπαγών πάγων της δυτικής Ανταρκτικής μπορεί να αυξήσει το επίπεδο των θαλασσών έως πέντε μέτρα, πράγμα που θα ωθούσε θερμότερο νερό από τον Ειρηνικό ωκεανό, μέσω του Βερίγγειου Πορθμού, να χυθεί στον Αρκτικό ωκεανό, ανεβάζοντας τη θερμοκρασία στις αρκτικές περιοχές και πυροδοτώντας μια ακόμα μεσοπαγετωνική περίοδο.

 

Οι επιστήμονες ήδη παρατηρούν μία δραματική συρρίκνωση στον όγκο της κρίσιμης παγοκρηπίδας της δυτικής Ανταρκτικής και ορισμένοι θεωρούν πιθανό ότι μέσα στον 21ο αιώνα θα αρχίσει να διαλύεται και να καταρρέει στη θάλασσα. Βέβαια, σύμφωνα με τον Μέλες, σε κάθε περίπτωση, η όλη διαδικασία θα διαρκέσει επί αιώνες και οι συνέπειες της θα αργήσουν ακόμα περισσότερο να φανούν στον άλλο Πόλο, στην Αρκτική.

Η τελευταία μεσοπαγετωνική περίοδος άρχισε πριν από περίπου 12.000 χρόνια, ενώ η αμέσως προηγούμενη πριν από 125.000 χρόνια. Δύο άλλες σημαντικές θερμές περίοδοι ανάμεσα σε εποχές παγετώνων είχαν συμβεί πριν από περίπου 400.000 και 1,1 εκατ. χρόνια.

http://www.naftemporiki.gr/news/cstory.asp?id=2199059

Σκοτεινή ύλη και μαύρες τρύπες

Οι αστρονόμοι πιστεύουν πως από την εξαιρετικά ισχυρή συγκέντρωση ύλης στο κέντρο όλων των γαλαξιών δημιουργούνται τεράστιες μαύρες τρύπες, και μέχρι τώρα υπήρχε η εικασία πως ο πυρήνας του γαλαξία και οι μαύρες τρύπες στο κέντρο του μεγαλώνουν με τον ίδιο ρυθμό, απορροφώντας όλο και περισσότερη ύλη και ενέργεια από τη γειτονική τους περιοχή. (Πηγή: NASA)

Νέα στοιχεία από το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτινών-Χ Chandra της NASA, θέτουν σε αμφισβήτηση τις μέχρι τώρα θεωρίες για το πώς μεγαλώνουν οι μαύρες τρύπες στο κέντρο των γαλαξιών.

Οι αστρονόμοι πιστεύουν πως από την εξαιρετικά ισχυρή συγκέντρωση ύλης στο κέντρο όλων των γαλαξιών δημιουργούνται τεράστιες μαύρες τρύπες, και μέχρι τώρα υπήρχε η εικασία πως ο πυρήνας του γαλαξία και οι μαύρες τρύπες στο κέντρο του μεγαλώνουν με τον ίδιο ρυθμό, απορροφώντας όλο και περισσότερη ύλη και ενέργεια από τη γειτονική τους περιοχή. Όσο πιο μεγάλος ο πυρήνας του γαλαξία, τόσο πιο μεγάλη αναμενόταν και η μαύρη τρύπα στο κέντρο του. Τα στοιχεία όμως από το Chandra δείχνουν πως αυτή η συμμετρία δεν είναι κανόνας, ερευνώντας δύο περιπτώσεις στις οποίες οι μαύρες τρύπες μεγαλώνουν ταχύτερα από τους ίδιους του γαλαξίες.

Συνήθως η μάζα μια μαύρης τρύπας στο κέντρο ενός γαλαξία αποτελεί ένα μικρό μέρος της συνολικής του μάζας, και αντιστοιχεί περίπου στο 0.2 τοις εκατό της μάζας του γαλαξιακού κέντρου, στο οποίο παρατηρείται και η μεγαλύτερη πυκνότητα άστρων. Όμως οι μαύρες τρύπες στους γαλαξίες NGC 4342 και NGC 4291, σε απόσταση 75 και 85 εκατομμυρίων ετών φωτός αντίστοιχα, φαίνεται πως έχουν μάζες 10 και 35 φορές μεγαλύτερες από το αναμενόμενο. Επίσης η άλως στους συγκεκριμένους γαλαξίες, η περιοχή δηλαδή που περιβάλλει το κέντρο και το γαλαξιακό δίσκο, και που εικάζεται πως συγκεντρώνεται η σκοτεινή ύλη, φαίνεται πως είναι κι εκείνη πιο βαριά από το αναμενόμενο.

http://www.naftemporiki.gr/news/cstory.asp?id=2192827

Στοιχεία για κλιματικές αλλαγές στον Αρη

Ο ευρωπαϊκός δορυφόρος του Αρη Mars Express κατέγραψε με λεπτομέρεια δύο γειτονικούς κρατήρες με πολύ διαφορετικά χαρακτηριστικά στην περιοχή Arrabia Terra του κόκκινου πλανήτη. (Πηγή: ESA/DLR/FU Berlin – G. Neukum).

Ο ευρωπαϊκός δορυφόρος του Αρη Mars Express κατέγραψε με λεπτομέρεια δύο γειτονικούς κρατήρες με πολύ διαφορετικά χαρακτηριστικά στην περιοχή Arrabia Terra του κόκκινου πλανήτη.

Ο κρατήρας Danielson*, με διάμετρο 60 χιλιομέτρων χαρακτηρίζεται από ένα φαινόμενο που αποκαλείται «Yardangs», και στην ουσία περιγράφει μακρόστενα βράχια, απομεινάρια από πετρώδεις λόφους που έχουν φαγωθεί από τους ανέμους, τη σκόνη και την πολυκαιρία. Το όνομα προέρχεται από την τουρκική διάλεκτο και το εισήγαγε πρώτος ο Σουηδός εξερευνητής Σβεν Χέντιν, όταν πρωτοπαρατήρησε τέτοιους σχηματισμούς βράχων στην έρημο της κεντρικής Ασίας Λοπ Νουρ. Στη Γη μπορούν επίσης να παρατηρηθούν στη Βόρεια Αφρική και στην Αριζόνα των ΗΠΑ. Επίσης, ο κρατήρας αυτός είναι γεμάτος με στρώματα από εναποθέσεις πετρωμάτων τα οποία έχουν οξειδωθεί και διαβρωθεί με τον καιρό. Στο μικρότερο κρατήρα Kalocsa, διαμέτρου 33 χιλιομέτρων, απουσιάζει εντελώς το φαινόμενο Yardangs αλλά και η σύνθετη διαστρωμάτωση, ενώ ο πυθμένας του είναι 1000 μέτρα πιο υπερυψωμένος από τον πυθμένα του πρώτου.

Ο κρατήρας Danielson, με διάμετρο 60 χιλιομέτρων χαρακτηρίζεται από ένα φαινόμενο που αποκαλείται «Yardangs», και στην ουσία περιγράφει μακρόστενα βράχια, απομεινάρια από πετρώδεις λόφους που έχουν φαγωθεί από τους ανέμους, τη σκόνη και την πολυκαιρία. (ESA/DLR/FU Berlin -G.Neukum)

Τα απόκρημνα βράχια του κρατήρα Danielson, δείχνουν πως πρέπει να δημιουργήθηκαν από βόρειους – βορειανατολικούς ανέμους. Οι άνεμοι αυτοί πρέπει να είναι υπεύθυνοι για τη μεταφορά ιζημάτων, τα οποία όταν ήρθαν σε επαφή με νερό πετροποιήθηκαν. Αργότερα, σε περίοδο ξηρασίας άρχισαν πάλι να διαβρώνονται δημιουργώντας σταδιακά αυτή τη διαστρωμάτωση που παρατηρείται στις φωτογραφίες. Οι κλιματολόγοι υποστηρίζουν πως αυτές τις αλλαγές στο κλίμα του Αρη οφείλονται στις περιοδικές μετατοπίσεις του άξονα περιστροφής του πλανήτη, φαινόμενο που παρατηρείται και στη Γη. Στον κρατήρα Kalocsa όμως τα πράγματα είναι πολύ διαφορετικά: δεν υπάρχουν ούτε εναποθέσεις ιζημάτων, ούτε βράχια φαγωμένα απ’ τους ανέμους. Η διαφοροποίηση έγκειται στην υψομετρική διαφορά του πυθμένα, καθώς δεν είτε δεν ήταν σε θέση να συγκρατήσει νερό είτε δεν είχε πρόσβαση στα υπόγεια αποθέματα νερού και συνεπώς δεν μετατράπηκε ποτέ η σκόνη που έφερνε ο άνεμος σε πέτρωμα.

Τέτοιες έρευνες είναι σημαντικές για την κατανόηση του κλίματος του δίδυμου μας πλανήτη. Η παρατήρηση του κλίματος των υπόλοιπων πλανητών είναι σημαντική και για την κατανόηση του κλίματος στη Γη. Ας μη ξεχνάμε για παράδειγμα πως η κατανόηση του φαινομένου του θερμοκηπίου βασίζεται κυρίως στη μελέτη του κλίματος της Αφροδίτης

http://www.naftemporiki.gr/news/cstory.asp?id=2191129

Top
Αλλαγή μεγέθους γραμματοσειράς
Μετάβαση σε γραμμή εργαλείων