Υπερυπολογιστής επιβεβαιώνει το Καθιερωμένο Μοντέλο του Σύμπαντος κι εμβαθύνει το γρίφο

Πηγή: ScienceDaily, 3 Μαρτίου 2008

Επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει έναν υπερυπολογιστή για να ρίξουν νέο φως σε μία από τις σημαντικότερες θεωρίες της φυσικής, το Καθιερωμένο Μοντέλο, το οποίο περικλείει όλη τη γνώση που έχουμε για την ύλη που αποτελεί το Σύμπαν. Αυτή η θεωρία ηλικίας 30 ετών εξηγεί όλα τα γνωστά στοιχειώδη σωματίδια και τις τρεις από τις τέσσερις δυνάμεις που ενεργούν πάνω τους - εντούτοις, αποκλείει τη δύναμη της βαρύτητας, κάτι που είναι και η αδυναμία της.

Τα σωματίδια του Καθιερωμένου Μοντέλου - λεπτόνια και κουάρκ - και τα σωματίδια φορείς των δυνάμεων. Στη μέση είναι το σωματίδιο Higgs που δίνει μάζα στα σωματίδια

Οι φυσικοί έχουν προσπαθήσει να βρουν τα χαμένα κομμάτια του παζλ που θα επέκτεινε το Καθιερωμένο Μοντέλο σε μια πλήρη θεωρία όλων των δυνάμεων της φύσης. Εντούτοις, συμπεράσματα ερευνητών - που αποτελούν ορόσημο στη φυσική - επιβεβαιώνουν το Καθιερωμένο Μοντέλο με ακόμα μεγαλύτερη ακρίβεια από όσο πριν, εμβαθύνοντας έτσι το γρίφο. Οι ερευνητές προέρχονται από τα πανεπιστήμια του Εδιμβούργου και Σαουθάμπτον, καθώς και συνεργάτες τους στην Ιαπωνία και τις ΗΠΑ.

Οι σύνθετοι υπολογισμοί του προγράμματος αφορούν τη συμπεριφορά των μικροσκοπικών σωματιδίων που βρίσκονται στους πυρήνες των ατόμων, γνωστά ως κουάρκ. Προκειμένου να πραγματοποιηθούν αυτοί οι υπολογισμοί, οι ερευνητές σχεδίασαν αρχικά και μετά έχτισαν έναν υπερυπολογιστή που ήταν μεταξύ του γρηγορότερου στον κόσμο, ικανό να κάνει δεκάδες τρισεκατομμύρια υπολογισμούς το δευτερόλεπτο. Οι ίδιοι οι υπολογισμοί χρειάστηκαν τρία χρόνια για να ολοκληρωθούν.

Το αποτέλεσμά τους δείχνει ότι ο ισχυρισμός του Καθιερωμένου Μοντέλου πως είναι η καλύτερη θεωρία που βρέθηκε ποτέ είναι σωστός. Το γεγονός αυτό όμως ανεβάζει τις δυσκολίες για το αίνιγμα που πρόκειται να λυθεί στα πειράματα στο Μεγάλο Επιταχυντή Συγκρουόμενων Αδρονίων στο CERN, ο οποίος θα ξεκινήσει το καλοκαίρι. Οι προσπάθειες των φυσικών να αντιμετωπίσουν τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Μοντέλου χρησιμοποιώντας τους πιο ισχυρούς υπολογιστές, με τα πιο ακριβή πειράματα δεν προσφέρουν καμία ένδειξη για αυτά που αναμένουμε να δούμε στο CERN.

Ο καθηγητής της φυσικής και της αστρονομίας Chris Sachrajda του πανεπιστημίου του Σαουθάμπτον λέει: "Οι σύγχρονοι υπερυπολογιστές και οι βελτιωμένες θεωρητικές τεχνικές μας επιτρέπουν να ερευνήσουμε τα όρια του Καθιερωμένου Μοντέλου με μια πρωτοφανή ακρίβεια. Το επόμενο στάδιο θα είναι να συνδυαστούν τέτοιοι υπολογισμοί με τα νέα πειραματικά αποτελέσματα, που αναμένονται από το Μεγάλο Επιταχυντή, για να διευκρινίσουμε το επόμενο επίπεδο θεμελιώδους φυσικής."

Ο καθηγητής της φυσικής Richard Kenway του πανεπιστημίου του Εδιμβούργου πρόσθεσε: "Αν και το Καθιερωμένο Μοντέλο είχε φανταστική επιτυχία, υπήρξαν μια ή δύο σκοτεινές πλευρές όπου οι πειραματικές δοκιμές ήταν αναποτελεσματικές, επειδή οι ζωτικής σημασίας υπολογισμοί δεν ήταν αρκετά ακριβείς. Ανάψαμε ένα φως σε μία από αυτές, αλλά ήταν τεράστια η απογοήτευση μας όταν είδαμε ότι τίποτα δεν κρυβόταν εκεί."

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters.

Είναι γεγονός ότι το Καθιερωμένο Μοντέλο έχει ελεγχθεί πειραματικά στις πιο ακραίες ενεργειακές κλίμακες και έχει κάνει μεγάλες προβλέψεις. Το Καθιερωμένο Μοντέλο όμως αφήνει ορισμένα προβλήματα της φυσικής ακόμη ανοικτά.

Όλες σχεδόν οι θεωρητικές προσεγγίσεις προσπαθούν να αντιμετωπίσουν αυτά τα προβλήματα κατασκευάζοντας με μαθηματικό τρόπο νέες φυσικές θεωρίες, διαμορφωμένες έτσι ώστε να δέχονται σε πολλά σημεία του το Καθιερωμένο Μοντέλο, αλλά και να σέβονται παράλληλα τους περιορισμούς που θέτει, μέσα από τα πειραματικά δεδομένα στα οποία Βασίζεται.

Αυτά τα «πέραν του Καθιερωμένου Μοντέλου»- σενάρια, αναφέρονται ως φυσικές δομές που διευρύνουν το Καθιερωμένο Μοντέλο. Ορισμένα από τα πλέον διάσημα ζητήματα που αυτή η «νέα» φυσική προσπαθεί να διερευνήσει είναι εκείνα που σχετίζονται με την Ύλη:
α) Την προέλευση της ύλης,
β) την ποικιλία των θεμελιωδών σωματιδίων από τα οποία αυτή αποτελείται (γιατί έχουμε ομάδες παραπλήσιων σωματιδίων; γιατί αυτά αναμειγνύουν τις ταυτότητες τους;) και
γ) την ύπαρξη περισσότερης ύλης από αυτή που μπορούμε να δούμε - όπως ανακάλυψαν οι πειραματικοί αστροφυσικοί, διερευνώντας τις ιδιότητες του σύμπαντος στο οποίο ζούμε. Δηλαδή στη λεγόμενη σκοτεινή ύλη, μια άγνωστη ακόμη μορφή ύλης, η οποία δεν αλληλεπιδρά όπως η συνηθισμένη ύλη, που περιγράφεται από το Καθιερωμένο Μοντέλο.

Εξίσου, αν όχι και περισσότερο, εντυπωσιακά είναι κάποια άλλα θεμελιώδη ζητήματα, τα οποία εμπλέκουν με νέους και παράξενους τρόπους τη βαρύτητα, τη δυναμική του χωροχρόνου δηλαδή, με τη σύσταση, τη δομή και την εξέλιξη του σύμπαντος.

Όσο αφορά το θέμα της «σκοτεινής ενέργειας» ψάχνουν οι θεωρητικοί να δουν αν τα δεδομένα του νέου επιταχυντή LHC θα τους προσφέρουν τη δυνατότητα να εξιχνιάσουν και αυτό το μυστήριο.