Άρχισε το μεγαλύτερο μέχρι τώρα πείραμα φυσικής

Πηγή: ΕRΤ, 10 Σεπτεμβρίου 2008

Άρχισε στις 10.30 το πρωί της Τετάρτης, στον υπόγειο επιταχυντή του CERN, παρά τα μικρά τεχνικά προβλήματα, το "πείραμα του αιώνα" για την αναπαράσταση της γέννησης του Σύμπαντος.

Δέκα χιλιάδες επιστήμονες από όλο τον κόσμο θα προσπαθήσουν να αναπαραστήσουν τη γέννηση του σύμπαντος, εκτελώντας το μεγαλύτερο πείραμα του κόσμου, κάτω από τα γαλλο-ελβετικά σύνορα, στον τεράστιο υπόγειο, μήκους 27 χλμ, Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN.

Η έναρξη της λειτουργίας του Μεγάλου Επιταχυντή, μήκους 27 χιλιομέτρων, η οποία άρχισε σήμερα στις 10.30 (ώρα Ελλάδας) με τη διοχέτευση μιας πρώτης δέσμης πρωτονίων, αναμεταδίδεται ζωντανά από την ιστοσελίδα του κέντρου ερευνών CERN και από κρατικά τηλεοπτικά δίκτυα πολλών ευρωπαϊκών χωρών.

Video μεταδίδονται ζωντανά στη διεύθυνση http://webcast. cern.ch

Η διαδικασία προχώρησε κανονικά, παρά τα μικρά τεχνικά προβλήματα που παρουσιάστηκαν νωρίτερα. Οι επιστήμονες περιμένουν με αγωνία να επιβεβαιώσουν κεντρικές θεωρίες της φυσικής και της κοσμολογίας, για παράδειγμα αν υπάρχει το λεγόμενο σωματίδιο του Θεού, που υποτίθεται ότι έδωσε μάζα στην ύλη. Το πείραμα έδωσε λαβή για να διατυπωθούν ακόμη και καταστροφολογικά σενάρια, όπως ότι η μαύρη τρύπα που θα δημιουργηθεί στο εργαστήριο θα καταπιεί ολόκληρη τη γη, επιφέροντας τη Συντέλεια του κόσμου. Πάντως, το κέντρο CERN διαβεβαιώνει ότι "ο Επιταχυντής είναι ασφαλής και ότι οι εικασίες περί κινδύνων είναι σκέτη μυθοπλασία". Το πείραμα, που κόστισε περίπου 6,5 δισεκατομμύρια ευρώ, θα διαρκέσει τουλάχιστον 10 χρόνια και τα πρώτα αποτελέσματα αναμένονται τα Χριστούγεννα.

Η πρώτη μέρα του φιλόδοξου εγχειρήματος

Είκοσι ευρωπαϊκές χώρες -μεταξύ αυτών και η Ελλάδα ως ιδρυτικό μέλος του CERN από το 1954- συνέβαλαν για την οργάνωση του πειράματος με τις επιστημονικές τους ομάδες. Όπως κάθε μεγάλο έργο, από την αρχική σύλληψή του στις αρχές της δεκαετίας του ΄80 και την επίσημη έγκρισή του το 1996, μέχρι τη σημερινή έναρξή του, πέρασε από "σαράντα κύματα", από κατασκευαστικές δυσκολίες μέχρι μεγάλες υπερβάσεις του αρχικού προϋπολογισμού του (έως τέσσερις φορές) και το CERN χρειάστηκε να δανειστεί εκατοντάδες εκατομμύρια ευρώ από τράπεζες για να ολοκληρώσει το έργο.

Η σημερινή πρώτη μέρα και οι υπόλοιπες που θα ακολουθήσουν, αφορούν κυρίως τον έλεγχο του γιγάντιου εξοπλισμού και των αναγκαίων διαδικασιών, ενώ η ουσιαστική φάση του πειράματος, με τις συγκρούσεις των σωματιδίων, θα ξεκινήσει σε λίγες εβδομάδες - αν όλα πάνε καλά.

Όπως, πάντως, αρμόζει σε ένα σωστό επιστημονικό θρίλερ, δεν έλειψε η αγωνία της τελευταίας στιγμής, καθώς μια ηλεκτρική καταιγίδα πάνω από τα γαλλοελβετικά σύνορα, το απόγευμα της Δευτέρας, προκάλεσε απώλεια ενέργειας σε ορισμένα ψυκτικά συστήματα, που διατηρούν τους πάνω από 1.000 μαγνήτες υπεραγωγιμότητας στην τρομακτική παγωνιά των -271 βαθμών Κελσίου (κοντά στο απόλυτο μηδέν που υπάρχει στο διάστημα) στο εσωτερικό του επιταχυντή, όμως μέχρι αργά το βράδυ της Τρίτης το πρόβλημα αποκαταστάθηκε και σήμερα το πρωί η πρώτη ακτίνα σωματιδίων ξεκίνησε κανονικά την πορεία της.

Μετά από μια αναμονή 40 δευτερολέπτων από τη δημιουργία της πρώτης ακτίνας, οι επιστήμονες στο κέντρο ελέγχου του πειράματος, κοντά στη Γενεύη, ξέσπασαν σε ζητωκραυγές, καθώς μια μικροσκοπική λάμψη φωτός εμφανίστηκε σε μια οθόνη υπολογιστή, δείχνοντας πως η αρχική ακτίνα είχε ήδη διανύσει τα πρώτα 3 χλμ από τα 27 χλμ του συνολικού μήκους του υπόγειου κυκλικού Επιταχυντή.

Στη συνέχεια της πρώτης μέρας, που ήταν κατά βάση δοκιμαστικού χαρακτήρα, οι επιστήμονες επικέντρωσαν την προσπάθειά τους στο να καθοδηγήσουν την πρώτη ακτίνα στο τούνελ, σταματώντας την κατά διαστήματα για να διορθώσουν την πορεία της. Η προσπάθειά τους στέφθηκε με επιτυχία και η ακτίνα έκανε το γύρο του επιταχυντή σε λιγότερο από μια ώρα. Από τον Αύγουστο, στα αρχικά τεστ, οι επιστήμονες είχαν ήδη στείλει μια πρώτη ακτίνα πρωτονίων χαμηλής έντασης μέσα στον επιταχυντή, χωρίς όμως να αυτή να κάνει όλο το γύρο των 27 χλμ του.

Η πρώτη δέσμη προερχόμενη από τα συστήματα προεπιτάχυνσης, μπήκε στον δακτύλιο του LHC και κινήθηκε κατά μήκος του 1/8 της περιφέρειας. Βήμα βήμα, η επόμενη δέσμη προχωρούσε ακόμα περισσότερο και γύρω στις 10.30 έκανε την πρώτη πλήρη περιφορά. Ακολούθησαν και άλλες επιτυχείς προσπάθειες και αργότερα δοκιμάστηκε και δέσμη που έκανε την περιφορά κατά την αντίθετη φορά.

Σήμερα, αρχικά στάλθηκε μια ακτίνα προς μια κατεύθυνση (τη φορά των δεικτών του ρολογιού) και επρόκειτο να ακολουθήσει μια άλλη μονή ακτίνα σε αντίστροφη φορά. Στο άμεσο μέλλον οι δύο ακτίνες θα σταλούν ταυτόχρονα από αντίθετες κατευθύνσεις για να αρχίσουν πλέον οι πολυαναμενόμενες υψηλής ταχύτητας και ενέργειας συγκρούσεις των σωματιδίων.

Η επόμενη φάση

Περίπου 9.000 φυσικοί σε όλο τον κόσμο, σε πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα, περιμένουν με αγωνία να αναλύσουν τα πρώτα στοιχεία που θα προκύπτουν σιγά-σιγά τους επόμενους μήνες, όσο θα αυξάνεται σταδιακά η ενεργειακή ισχύς των πειραμάτων, μέχρι που η ακτίνα πρωτονίων θα αγγίξει την ταχύτητα του φωτός και θα κάνει το γύρο των 27 χλμ του τούνελ περίπου 11.000 φορές μέσα σε ένα δευτερόλεπτο, αναπτύσσοντας στιγμιαία θερμοκρασίες μέχρι και 100.000 φορές μεγαλύτερες από του Ήλιου μας και αναπαράγοντας πιθανότατα τις συνθήκες λίγο μετά το αρχικό "Μπινγκ Μπανγκ", το οποίο (ίσως) γέννησε το σύμπαν.

Τέσσερις τεράστιοι "ανιχνευτές", που βρίσκονται σε διαφορετικά σημεία του τούνελ, θα ανιχνεύουν οτιδήποτε ενδιαφέρον μπορεί να προκύψει από τις συγκρούσεις αυτές. Έχουν τα ονόματα "'Ατλας" (θα αναζητήσει ίχνη νέων σωματιδίων, την καταγωγή της μάζας και τις άλλες διαστάσεις), "Αλίκη" (θα μελετήσει την "υγρή" μορφή της ύλης, που καλείται πλάσμα κουάρκ-γλουονίων και η οποία υπήρχε λίγο μετά το Μπινγκ Μπανγκ), CMS (θα "κυνηγήσει" το μποζόνιο του Χιγκς, το λεγόμενο και "σωματίδιο του Θεού") και LHCb (θα προσπαθήσει να λύσει το μυστήριο της εξαφανισμένης αντι-ύλης).

"Δύο αισθήματα κυριαρχούν, η ικανοποίηση για την υλοποίηση ενός σημαντικού έργου, και η ελπίδα για τις ανακαλύψεις που μας περιμένουν", δήλωσε ο γενικός διευθυντής του CERN, Γάλλος φυσικός, Ρόμπερτ Αϊμάρ. Η πιθανή ανακάλυψη του μποζονίου του Χιγκς και ο έλεγχος μιας πλειάδας επιστημονικών θεωριών (περί υπερσυμμετρίας, σκοτεινής ύλης και σκοτεινής ενέργειας, κρυμμένων διαστάσεων κ.α.), είναι μερικά από εκείνα που εξάπτουν τη φαντασία ειδικών και μη, αλλά απαιτείται υπομονή γιατί το πείραμα θα προσφέρει έναν κατακλυσμό στοιχείων και μια από τις κυριότερες προκλήσεις της επιστημονικής κοινότητας θα είναι η έγκαιρη και ορθή ερμηνεία των δεδομένων του πειράματος.

"Το σύμπαν υποθέτουμε ότι δημιουργήθηκε πριν από περίπου 13 δισεκατομμύρια χρόνια και αυτό το πείραμα θα δημιουργήσει τέτοιες ενέργειες συγκρούσεως των πρωτονίων -που είναι βασικά συστατικά της ύλης- ούτως ώστε θα προσομοιάζει με εκείνες τις πρώτες στιγμές δημιουργίας και επομένως θα μας δώσει -ελπίζουμε τουλάχιστον- μερικές σημαντικές απαντήσεις σε εκκρεμούντα ερωτήματα. Για το χώρο και το χρόνο, για το ποια είναι η βασική θεωρία του σύμπαντος, είναι η θεωρία των χορδών, είναι το ενιαίο πρότυπο και την αναζήτηση ορισμένων καινούργιων σωματιδίων, ανάμεσα τους είναι και ένα που επονομάζεται το σωματίδιο του Θεού. Βεβαία μπορεί να βρούμε το σωματίδιο του Θεού αλλά τον ίδιο τον Θεό αμφιβάλω αν τον δούμε ποτέ", ανέφερε ο ερευνητής του "Δημόκριτου" και του CERN κ. Γιώργος Γραμματικάκης, που μεταξύ άλλων διατέλεσε δυο φορές πρύτανης του Πανεπιστημίου Κρήτης και πρόεδρος του Ιόνιου Πανεπιστημίου.

Σε κάθε περίπτωση, πάντως, το εξεζητημένο πείραμα αναμένεται να έχει πρακτικές -και θετικές για την κοινωνία και την καθημερινότητα- επιπτώσεις, όπως στην ιατρική (π.χ. την καταπολέμηση του καρκίνου), την καταστροφή των ραδιενεργών αποβλήτων ή την έρευνα για τις μεταβολές του κλίματος.

Εν κατακλείδι, οι επιστήμονες δεν αποκλείουν το απρόβλεπτο. Όπως δήλωσε ο καθηγητής του Imperial College του Λονδίνου, Jim Virdee, "η Φύση μπορεί να μας εκπλήξει. Πρέπει να είμαστε έτοιμοι να ανιχνεύσουμε οτιδήποτε ρίξει στο δρόμο μας".

Τέσσερα μεγάλα αινίγματα ζητούν απαντήσεις

Πιο αναλυτικά, τα τέσσερα μεγάλα αινίγματα της επιστήμης της Φυσικής στα οποία ενδεχομένως να δώσει απαντήσεις ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων, είναι:

-Η ανεύρεση του Μποζονίου του Χιγκς (από το όνομα του φυσικού Πίτερ Χιγκς που το πρότεινε το 1964), σωματίδιο που πολλοί ερευνητές έχουν μελετήσει, αλλά κανείς δεν έχει δει. Η επιβεβαίωση της ύπαρξής του μέσω του πειράματος θα ισοδυναμεί με τον εντοπισμό του ελλείποντος κρίκου στο καθιερωμένο μοντέλο στο οποίο βασίζεται η σύγχρονη φυσική επιστήμη και το οποίο εξηγεί γιατί η ύλη έχει μάζα.

Η απουσία του θα κλονίσει τη θεωρία, αλλά υπάρχουν και άλλες δυνατές υποθέσεις: το μποζόνιο του Χιγκς δεν είναι στοιχειώδες αλλά σύνθετο σωματίδιο, ή η ανάγκη της αναζήτησής του σε μια άλλη διάσταση του διαστήματος, πέραν των τριών γνωστών.

-Η διερεύνηση της υπερσυμμετρίας, μιας έννοιας που επιτρέπει την ερμηνεία μιας από τις πιο περίεργες ανακαλύψεις των τελευταίων ετών, το συμπέρασμα ότι η ορατή ύλη δεν αντιπροσωπεύει παρά το 4% του σύμπαντος. Η σκοτεινή ύλη (23%) και η σκοτεινή ενέργεια (73%) μοιράζονται το υπόλοιπο 96% τα σύμπαντος. Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από υπερσυμμετρικά σωματίδια που ονομάζονται neutralinos.

- Η μελέτη του μυστηρίου της ύλης και της αντι-ύλης. Όταν η ενέργεια μετατρέπεται σε ύλη , παράγει ένα ζεύγος σωματιδίων και το είδωλό τους, ένα αντι-σωματίδιο με αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Όταν ένα σωματίδιο και το αντι-σωματίδιό του συγκρούονται, αλληλοκαταστρέφονται παράγοντας μια μικρή λάμψη ενέργειας.

Τη στιγμή του Big Bang , ύλη και αντι-ύλη παρήχθησαν σε ίσες ποσότητες. Αλλά το σύμπαν δεν αποτελείται παρά μόνο από ύλη. Κατά συνέπεια, πού βρίσκεται η αντι-ύλη; Ενας από τους ανιχνευτές του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων θα ανιχνεύσει ένα σωματίδιο που ονομάζεται meson b και αποτελείται από ένα quark b και το δίδυμό του αντι-ύλης.

-Η αναπαράσταση των συνθηκών που επικρατούσαν στο σύμπαν στα χιλιοστά του δευτερολέπτου που ακολούθησαν το Big Bang. Η ύλη υπήρχε τότε υπό μορφήν πηχτής και ζεστής σούπας, που ονομάζεται πλάσμα Quarks-γλουονίων. Κατά την ψύξη της , σωματίδια που ονομάσθηκαν quark σχημάτισαν μια συμπαγή μάζα πρωτονίων, νετρονίων και άλλων σύνθετων σωματιδίων. Ο Μεγάλος Επιταχυντής θα προκαλέσει ένα δισεκατομμύριο συγκρούσεις βαρέων ιόντων ανά δευτερόλεπτο, προκαλώντας στιγμιαία θερμοκρασίες 100.000 φορές υψηλότερες από τις επικρατούσες στον πυρήνα του Ηλιου. Οι συγκρούσεις θα απελευθερώσουν τα quark από το περίβλημά τους. Οι ερευνητές θα έχουν τη δυνατότητα να διαπιστώσουν τότε με ποιόν τρόπο αυτά τα απελευθερωμένα quark συγκολλούνται για να σχηματίσουν την ύλη.

Έλληνες επιστήμονες στο CERN

Πολλοί Έλληνες επιστήμονες δουλεύουν εδώ και πολλά χρόνια στο CERN. Μεταξύ των οποίων είναι ο Mιχαήλ Κορατζίνος, ο Iωάννης Παπαφιλίππου, η Μαρία Σπυροπούλου, η Ευγενία Χατζηαγγελή.

Αναλυτικότερα ο Mιχαήλ Κορατζίνος είναι πειραματικός φυσικός (σπούδασε στο Imperial) στον τομέα των στοιχειωδών σωματιδίων που εργάζεται στο CERN τα τελευταία 22 χρόνια.

Η φυσικός Μαρία Σπυροπούλου (σπούδασε φυσικός στο Αριστοτέλειο και στο Χάρβαρντ πήρε το διδακτορικό της), είναι ερευνήτρια στο τμήμα φυσικής του CERN, Συμμετέχει στην ερευνητική ομάδα που παρακολουθεί την ανίχνευση της δέσμης πρωτονίων.

Η Eυγενία Χατζηαγγελή (σπούδασε ηλεκτρονικός μηχανικός με μεταπτυχιακό στα ψηφιακά συστήματα) εργάζεται εδώ και είκοσι χρόνια στο λογισμικό ελέγχου των μηχανημάτων των επιταχυντών. Είναι υπεύθυνη μιας ομάδας 30 ανθρώπων που «χτενίζουν» όλα τα συστήματα που συνδέονται με τον επιταχυντή για να βεβαιωθούν ότι λειτουργούν σωστά.

Τέλος ο Iωάννης Παπαφιλίππου (σπούδασε φυσικός στην Αθήνα με μεταπτυχιακό και διδακτορικό στο Παρίσι) ασχολήθηκε κυρίως με το σχεδιασμό του επιταχυντή και είναι επιφορτισμένος με το πρώτο στάδιο της διαδικασίας, το σύγχροτρο δηλαδή πρωτονίων, το οποίο οδηγεί τη δέσμη των σωματιδίων στον επιταχυντή. Ανήκει στην ομάδα εκείνη που φροντίζει ώστε η δέσμη να έχει τα χαρακτηριστικά που χρειάζεται για να εισαχθεί με τον καλύτερο δυνατό τρόπο στο LHC. Διετέλεσε ερευνητής στο τμήμα επιταχυντών του Brookhaven National Laboratory και του ESRF της Γκρενόμπλ.

Δείτε και τα σχετικά άρθρα
Πλησιάζει η ώρα μηδέν στο CERN
LHC: Η μεγαλύτερη μηχανή στον κόσμο

Home