Πριν λίγες μέρες η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος παρουσίασε ένα χάρτη της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου του σύμπαντος, που είναι το αποτέλεσμα των πρώτων 10 μηνών παρατηρήσεων του δορυφόρου Planck.
Όταν ο δορυφόρος Planck ολοκληρώσει την αποστολή του το 2011, θα μας δώσει την καλύτερη εικόνα που είχαμε ποτέ για το πως ήταν το σύμπαν, αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αλλά πιστεύουμε ότι αυτή η εικόνα θα έχει σοβαρές επιπτώσεις και για τα πειράματα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων.
Δύο από τα μεγαλύτερες αναζητήσεις στη φυσική σήμερα – η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων (κι ένας από τους στόχους του Planck) καθώς και η ανακάλυψη μιας νέας ομάδας σωματιδίων (τα υπερσυμμετρικά σωματίδια που αναζητά ο LHC) – θα μπορούσαν να έρθουν σε σύγκρουση. Όμως η επιτυχία για το ένα μπορεί να σημαίνει απογοήτευση για το άλλο.
Παρακάτω εξηγείται το γιατί.
Πώς μπορεί ο Planck να ανιχνεύσει τα βαρυτικά κύματα;
Έμμεσα. Ο Planck μελετά τα φωτόνια που συνθέτουν το κοσμικό υπόβαθρο των μικροκυμάτων (CMB), την ακτινοβολία που έχει μείνει από τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτά τα φωτόνια απελευθερώθηκαν όταν το σύμπαν ήταν ηλικίας περίπου 380.000 ετών και περιέχουν αποτυπώματα των γεγονότων που έλαβαν χώρα κατά τις πρώτες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Για παράδειγμα, ένα φαινόμενο που έλαβε χώρα αμέσως μετά το Big Bang, γνωστό σαν πληθωρισμός – δηλαδή μια περίοδο εκθετικής διαστολής όταν το σύμπαν ήταν ηλικίας περίπου 10-36 δευτερολέπτων – πρέπει να έχει δημιουργήσει τεράστιες διακυμάνσεις στον ιστό του χωροχρόνου, που ονομάζονται κύματα βαρύτητας. Αυτά τα κύματα θα έχουν πολώσει τα φωτόνια της ακτινοβολίας CMB με ένα συγκεκριμένο τρόπο, αλλά ο Planck θα μπορούσε να ανιχνεύσει αυτή την πόλωση.
Πώς όμως αυτό έχει να κάνει με τον επιταχυντή LHC;
Μεταξύ των άλλων, ο LHC προσπαθεί να βρει φαινόμενα που υπερβαίνουν το καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, η θεωρία που περιγράφει όλα τα γνωστά σωματίδια και τις δυνάμεις της, εκτός από τη βαρύτητα. Υπάρχουν δε αρκετοί λόγοι που μας κάνουν να πιστεύουμε ότι αυτή η νέα φυσική υπάρχει.
Ένα πολυσυζητημένο μοντέλο της νέας φυσικής είναι η υπερσυμμετρία, η οποία εν ολίγοις μας λέει ότι για κάθε σωματίδιο του Καθιερωμένου Μοντέλου υπάρχει ένα βαρύτερο σωματίδιο – εταίρος. Ωστόσο, εάν ο δορυφόρος Πλανκ έβρισκε το αποτύπωμα των βαρυτικών κυμάτων στην ακτινοβολία CMB, αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι ο επιταχυντής LHC θα είναι απίθανο να βρει κάποια υπερσυμμετρικά σωματίδια.
Γιατί οι δύο ανακαλύψεις συνδέονται;
Ο ρωσικής καταγωγής κοσμολόγος Andrei Linde του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι υπάρχει μια σχέση μεταξύ της ενεργειακής πυκνότητας του χωροχρόνου κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού και τη μάζα του γκραβιτίνου (gravitino), ένα υποθετικό σωματίδιο των υπερσυμμετρικών θεωριών. Τα όργανα του Planck θα είναι σε θέση να ανιχνεύσουν σημάδια σχετικά ισχυρών βαρυτικών κυμάτων, κι έτσι εάν πάρουν τέτοιες αποδείξεις, τότε η κλίμακα της ενέργειας του πληθωρισμού πρέπει να ήταν σχετικά υψηλή, που έχει σαν αποτέλεσμα η μάζα του γκραβιτίνου να είναι μεγαλύτερη από 1 Teraelectronvolt (TeV) περίπου.
Στις υπερσυμμετρικές θεωρίες, μια τόσο μεγάλη μάζα για το γκραβιτίνο θα σήμαινε ότι τα άλλα υπερσυμμετρικά σωματίδια εταίροι θα ήταν επίσης αντίστοιχα μεγάλης μάζας, πιθανώς εκτός της εμβέλειας του LHC: έτσι αυτός δεν θα είχε την απαιτούμενη ενέργεια για τη δημιουργία αυτών των σωματιδίων.
Από την άλλη πλευρά, αν ο LHC ανακαλύψει κάποια υπερσυμμετρικά σωματίδια, αυτό θα σήμαινε ότι η μάζα του γκταβιτίνο είναι σχετικά μικρή, λιγότερο από 1 TeV.
Σύμφωνα με τον Andrei Linde, αυτό θα σημαίνει ότι η ενεργειακή κλίμακα του πληθωρισμού ήταν επίσης χαμηλή – με τη δημιουργία πολύ ασθενών βαρυτικών κυμάτων που είναι απαγορευτικά για τον Planck.
Κι αν ο Planck δεν θα μπορεί να ανιχνεύσει τα βαρυτικά κύματα, τότε τι θα γίνει;
Ένας προτεινόμενος δορυφόρος που ονομάζεται CMBPol θα είναι πολύ πιο ευαίσθητος στην πόλωση των φωτονίων της CMB από ό,τι ο Planck, ενώ θα πρέπει να είναι σε θέση να ανιχνεύσει και ασθενέστερα βαρυτικά κύματα.
Πηγή: New Scientist
Leave a Comment