Το Atlas θα εξετάσει σε βάθος τη θεμελιώδη φύση του σύμπαντος

Πηγή: BBC, 29 Νοεμβρίου 2004

Βρετανοί φυσικοί ήδη έχουν ολοκληρώσει το πρώτο κρίσιμο τεστ μιας πειραματικής συσκευής, ονομάζεται Atlas και θα στεγαστεί στο Μεγάλο Συγκρουστή Αδρονίων  (LHC) που πρέπει να αρχίσει τη λειτουργία του το 2007, με σκοπό να εξετάσει τις δυνάμεις που διαμορφώνουν το σύμπαν μας.

Το πείραμα που θα γίνει στο Atlas θα ερευνήσει για τις θεμελιώδεις ιδιότητες της ύλης και θα αναζητήσει αν υπάρχει μια "νέα φυσική" πέρα από αυτήν που αντιλαμβανόμαστε. 

Ο LHC θα μπορούσε να δημιουργήσει μίνι-μαύρες τρύπες καθώς τα σωματίδια συγκρούονται σε υψηλές ενέργειες. Και οι ερευνητές είναι βέβαιοι ότι θα είναι σε θέση να ανιχνεύσουν το πιο αναζητήσιμο σωματίδιο στη φυσική: το μποζόνιο Higgs, το οποίο εξηγεί γιατί όλα τα άλλα σωματίδια έχουν μάζα.

Με τέσσερις τέτοιους κυλίνδρους θα σχηματιστεί ο Ημιαγώγιμος Ιχνηλάτης (SCT) και όταν ολοκληρωθεί ο Άτλας θα έχει ύψος 25 m, όσο κι ένα κτήριο πέντε ορόφων, μήκος 46 m και θα ζυγίζει περίπου 7.000 τόνους.

Ο Ιχνηλάτης SCT θα ανιχνεύει τη κίνηση των σωματιδίων καθώς αυτά θα διέρχονται μέσω χιλιάδων μικρών τμημάτων πυριτίου με τα οποία καλύπτονται οι κύλινδροι.

Από σχεδόν 1 δισεκατομμύριο συγκρούσεις κάθε δευτερόλεπτο, μόνο μερικές θα έχουν εκείνα τα ειδικά χαρακτηριστικά που μπορεί να οδηγήσουν σε νέες ανακαλύψεις.

"Ο Άτλας σχεδιαζόταν επί 10 χρόνια, κτίζεται επί 10 χρόνια και άλλα 10 χρόνια θα απαιτηθούν μέχρι να αναλυθούν τα στοιχεία που θα συλλέξει", λέει ο Georg Viehhauser ένα μέλος της ομάδας του Άτλαντα στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.

Ο Άτλας θα εγκατασταθεί μέσα σε ένα τεράστιο υπόγειο στο Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN)

Ο Συγκρουστής Αδρονίων LHC, που θα στεγάσει το πείραμα Άτλας, είναι ένας γιγάντιος επιταχυντής στον οποίο θα συγκρούονται δέσμες αδρονίων, και πρόκειται να αντικαταστήσει τον μέχρι τώρα επιταχυντή Μεγάλο Συγκρουστή δεσμών Ηλεκτρονίων-Ποζιτρονίων (LEP). Το LHC θα καταλάβει την υπόγεια σήραγγα (μήκους 27 km) που βρίσκεται το LEP.

Οι επιστήμονες θα χρησιμοποιήσουν τον LHC για να επιταχύνουν ακτίνες πρωτονίων (αδρόνια) με αντίθετες κατευθύνσεις και με ενέργειες επτά φορές πιο υψηλές από ό,τι έχει επιτευχθεί μέχρι σήμερα σε έναν επιταχυντή.

Η μετωπική σύγκρουση αυτών των σωματιδίων όχι μόνο αντιγράφει τις συνθήκες που υπήρχαν λίγες στιγμές μετά από το Big Bang, αλλά θα παράγει άλλα άγνωστα σωματίδια,  που θα βοηθήσουν τους επιστήμονες να καταλάβουν περισσότερα πράγματα για τη φύση του σύμπαντος.

Αναμένεται έτσι ότι με αυξημένο το επίπεδο της ενέργειας των δεσμών, αυτές οι συγκρούσεις θα παραγάγουν βαρύτερα σωματίδια που δεν μπορούσαν να ανιχνευθούν στα προηγούμενα πειράματα των επιταχυντών.

"Πρέπει να βρεθεί νέα φυσική σε αυτήν την ενεργειακή περιοχή", ανέφερε ο Tony Weidberg, του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης. "Αυτό είναι και το πραγματικό κίνητρο για τον LHC".

Ένας από αυτούς τους προτεινόμενους νέους τομείς της φυσικής είναι η θεωρία της υπερσυμμετρίας.

Κάτω από το Καθιερωμένο Μοντέλο της φυσικής, όλα τα θεμελιώδη σωματίδια εμπίπτουν σε δύο ομάδες: τα φερμιόνια - που αποτελούν την ύλη - και τα μποζόνια που είναι φορείς των αλληλεπιδράσεων ανάμεσα στα σωματίδια της ύλης.

Αναζήτηση υπερ-συνεργατών

Στην θεωρία της υπερσυμμετρίας, κάθε φερμιόνιο έχει ένα "υπερσυνεργάτη" που είναι μποζόνιο, ενώ κάθε μποζόνιο έχει σαν υπερσυνεργάτη ένα φερμιόνιο.

"Δεν έχουμε δει μέχρι τώρα κανένα τέτοιο "υπερσυνεργάτη" και μια εξήγηση για αυτό είναι ότι αυτοί οι συνεργάτες πρέπει να είναι βαρείς", εξήγησε ο Weidberg.

Η υπερσυμμετρία μπορεί επίσης να είναι σε θέση να εξηγήσει τη φύση της σκοτεινής ύλης, πρόσθεσε, που οι αστρονόμοι λένε ότι αποτελεί περίπου το 25% του σύμπαντος.

Η ανακάλυψη του μποζονίου Higgs θα θεωρηθεί ως προτεραιότητα για το νέο LHC και τον Άτλαντα, επειδή είναι θεμελιώδης έννοια για μια πλήρη κατανόηση της ύλης..

Το μποζόνιο Higgs απαιτείται να βρεθεί για να συμπληρώσει και να επιβεβαιωθεί έτσι πλήρως το Καθιερωμένο Μοντέλο της φυσικής, το πλαίσιο που επινοήθηκε για να εξηγήσει τη φύση των θεμελιωδών σωματιδίων καθώς και των αλληλεπιδράσεών τους.

Η θεωρία λέει ότι όλα τα σωματίδια αποκτούν τη μάζα τους μέσω των αλληλεπιδράσεων με ένα πεδίο, που διαπερνά όλο το σύμπαν - το πεδίο Higgs - το οποίο φέρεται από το μποζόνιο Higgs.

Μίνι-μαύρες τρύπες

Μερικοί φυσικοί έχουν κάνει μία ακόμα συγκλονιστική πρόβλεψη για το LHC: ότι τα σωματίδια που θα επιταχυνθούν έχουν τόση ενέργεια που μπορεί να δημιουργήσουν μίνι-μαύρες τρύπες.

"Οι μίνι-μαύρες τρύπες είναι πιο ενδιαφέρουσες από τις μεγάλες μαύρες τρύπες", εξήγησε ο Δρ Weidberg.

Ενώ ο Viehhauser εξήγησε: "Οι μίνι-μαύρες τρύπες δημιουργούνται γύρω από μας παντού, αλλά ίσως σε ένα πολύ χαμηλό ρυθμό και γι αυτό γιατί δεν μπορούμε να πειραματιστούμε με αυτές".

Η δυνατότητα να παραχθούν τέτοια εξωτικά αποτελέσματα μέσα σε έναν επιταχυντή σωματιδίων πρέπει να επιτρέψει στους φυσικούς να δοκιμάσουν τις βασικές θεωρίες της κβαντομηχανικής.

Αλλά ο Δρ Weidberg αναγνωρίζει ότι οι επιστήμονες θα πρέπει να ψάξουν βαθιά  μέσα στη θάλασσα των στοιχείων που θα δημιουργηθούν στα πειράματα, για την αναζήτηση μιας χούφτας γεγονότων με ενδιαφέρον.

"Είναι σαν να προσπαθείς να βρεις μια βελόνα στο άχυρο σε ένα τραίνο που κινείται με 200 km/h", είπε.

Το LHC αναμένεται να δημιουργεί ένα τεράστιο όγκο δεδομένων - 10 petabytes - κάθε έτος. Αυτά τα στοιχεία, κατά προσέγγιση, αποθηκεύονται σε 10 εκατομμύρια CD.

Προκειμένου να επεξεργαστούν αυτά τα στοιχεία απαιτείται ένα τεράστιο Δίκτυο Υπολογιστών (Grid Computing).