Το επόμενο βήμα

Πως και πότε θα μπορούσαν αυτές οι ιδέες της άλλης φυσικής πέρα από το καθιερωμένο μοντέλο να ελεγχθούν; Αυτό εξαρτάται κατά πολύ από το άνοιγμα νέων πειραματικών ευκαιριών στους νέους επιταχυντές. Διάφορες διατάξεις που δεν χρησιμοποιούν επιταχυντές, όπως πχ πειράματα στο βάθος της γης ή της θάλασσας στους πάγους ή στο διάστημα έχουν να παίξουν επίσης ένα σημαντικό ρόλο. Πως μπορούν αυτά τα πειράματα να κατευθύνουν την πρόοδο στα ανοιχτά ζητήματα της σωματιδιακής φυσικής;

Πρώτα απ’ όλα είναι η ανακάλυψη του μποζονίου Higgs: μπορεί να βρεθεί στο LEP το επόμενο έτος αν ζυγίζει λιγότερο από 110 GeV c^-2. Αυτό δεν είναι απίθανο αν ληφθεί υπ’ όψιν η ακρίβεια των μετρήσεων στο καθιερωμένο μοντέλο και επίσης υπό το φως της υπερσυμμετρίας η οποία προβλέπει ότι τουλάχιστον ένα μποζόνιο Higgs θα πρέπει να ζυγίζει λιγότερο από 150 GeV c^-2.Θα περιμένουμε για τις φήμες με κομένη την ανάσα.^****
Αν τελικά τα πειράματα στο LEP δεν τα καταφέρουν, τη σκυτάλη θα πάρει ο επιταχυντής Tevatron: εκεί μπορεί να σταθούμε τυχεροί αν η μάζα του Higgs είναι κάτω από 170Gevc^-2 αλλά αυτό θα εξαρτηθεί από το πόσο χρονικό διάστημα και πόσο καλά θα λειτουργήσει ο επιταχυντής. Αν το μποζόνιο Higgs δεν έχει βρεθεί ως το 2005 θα βρεθεί σιγουρα στα πειράματα του LHC αν και αυτό μπορεί να πάρει αρκετά χρόνια.

Τα προβλήματα της CP συμμετρίας και του αρώματος (flavour) είναι οι βασικοί στόχοι των “εργοστασίων” Κ και Β.Στα αμέσως προσεχή χρόνια θα μας πουν αν η παραβίαση της CP συμμετρίας περιγράφεται προσεγγιστικά με τον μηχανισμό που προτάθηκε από τους Kobayashi και Maskawa στα πλαίσια του καθιερωμένου μοντέλου. Αν έχουν έτσι τα πράγματα θα ακολουθήσει μια περίοδος λεπτομερών ερευνών για να βρεθούν πιθανές αποκλίσεις που οφείλονται επι παραδείγματι στην υπερσυμμετρία. Εδώ μπορεί να δημιουργηθεί μια καλή ερευνητική ευκαιρία για το πείραμα Β στον επιταχυντή LHC.

Αλλά και στις απευθείας έρευνες για την υπερσυμμετρία ο LEP μπορεί να έχει την τύχη της ανακάλυψής της όπως μπορεί και ο επιταχυντής Tevatron. Αν αυτοί αποτύχουν ο LHC θα πετύχει σίγουρα κάνοντας λεπτομερείς μετρήσεις. Στο πεδίο αυτό όμως μπορεί να υπάρξει σοβαρός ανταγωνισμός και από πειράματα που δεν γίνονται σε επιταχυντές και ερευνούν απευθείας για υπερσυμμετρικά σωματίδια της σκοτεινής ύλης του Σύμπαντος που είναι απομεινάρια από το Big bang. Σε ένα πείραμα στο εργαστήριο Gran Sasso της Ιταλίας έχει ήδη αναφερθεί μια πιθανή παρατήρηση σήματος που προέρχεται από ελαστική σκέδαση υπερσυμμετρικών σωματιδίων της ψυχρής σκοτεινής ύλης με πυρήνες. Άλλα δε υπόγεια πειράματα θα το φτάσουν ή και θα το ξεπεράσουν σε ακρίβεια.

Τα νετρίνο έχουν μάζα

Εκτός των ανωτέρω υπάρχει η περίπτωση το SuperKamiokande και τα άλλα μεγάλα υποθαλάσσια και κάτω από τους πάγους πειράματα έχουν πιθανότητα να παρατηρήσουν τα υπερσυμμετρικά σωματίδια έμμεσα μέσω των εξαϋλώσεών τους προς νετρίνα τα οποία τελικά δίνουν ανιχνεύσιμα μιόνια ενώ τα τηλεσκόπια ακτίνων γάμα μπορεί να ανιχνεύσουν την εξαϋ΄λωσή τους προς φωτόνια. Αυτά τα πειράματα μπορούν να δωσουν αποτελέσματα ως το 2005 οπότε ο επιταχυντής LHC θα ξεκαθαρίσει οπωσδήποτε το ζήτημα της υπερσυμμετρίας.

Οι μεγάλες θεωρίες της ενοποίησης (GUT) είναι τρωτές σε πολλά μέτωπα.Τα διάφορα πειράματα συλλογής και μέτργσης νετρίνων θα διευκρινίσουν αν κάποιος τύπος νετρίνου μπορεί βαθμιαία να μετασχηματιστεί σε άλλο τύπο καθώς διανύει μεγάλες αποστάσεις από την πηγή του ως τον ανιχνευτή. Σύμφωνα με τα πρόσφατα δεδομένα για τα νετρίνα που έρχονται από την ατμόσφαιρα υπάρχει η ένδειξη ότι το νετρίνο του μιονίου μετασχηματίζεται ή ταλαντώνεται σε νετρίνο του ταυ. Παράλληλα τα πειράματα Kamland, Borexino και Sudbury θα μπορέσουν να ξεκαθαρίσουν αν οι ταλαντώσεις των νετρίνων είναι υπεύθυνες για την απρόσμενα μικρή ροή των ηλιακών νετρίνων που έχει ανιχνευτεί μέχρι στιγμής.

Δεν πρέπει να ξεχνάμε τη συνεχιζόμενη έρευνα για την διάσπαση του πρωτονίου. Το πείραμα SuperKamiokande δεν έχει ακόμα εξαντλήσει όλη την ευαισθησία του για την ανίχνευση όλων των πιθανών τρόπων διάσπασης. Ένα χρήσιμο ρόλο μπορούν ακόμα να παίξουν στο μέλλον οι μετρήσεις της κοσμικής ακτινοβολίας μικροκυμάτων από δορυφόρους. Η NASA σχεδιάζει την εκτόξευση του Ανιχνευτή Ανισοτροπίας Μικροκυμάτων το 2000 και η Ευρωπαϊκή Επιτροπή Διαστήματος ελπίζει να εκτοξεύσει το διαστημικό όχημα Planck το 2007. Αυτές οι διαστημικές συσκευές θα ελέγξουν τα διάφορα μοντέλα της κοσμολογίας τα οποία απαιτούν νέα μοντέλα της φυσικής τα οποία με τη σειρά τους ολοκληρωνονται μέσα στα πλαίσια της φυσικής των σωματιδίων.

Τι προοπτικές υπάρχουν για την επιβεβαίωση της θεμελιώδους θεωρίας χορδών; Εδώ η κρυστάλινη σφαίρα δεν είναι και πολύ διαφανής αλλά το αντικείμενο αυτό περικλείει πολλές καινοτομίες στα διανοητικά μας θεμέλια και υπάρχει η πιθανότητα να ελέγξουμε τη θεωρία αυτή ή κάποια άλλη εναλλακτική κβαντική θεωρία της βαρύτητας. Κάθε τέτοια θεωρία περιμένουμε να προβλέπει μερικά μικρής έντασης φαινόμενα που όμως θα μπορούσαν να ανιχνευτούν αν οδηγούσαν σε προβλέψεις όπως πχ στη διάσπαση του πρωτονίου ή σε πρόβλεψη για τις μάζες των νετρίνων όπως κάνεουν και οι συμβατικές θεωρίες GUT. Εναλλακτικά μπορεί να προβλέπουν πολύ βαριά υπολείμματα από το big bang η διάσπαση των οποίων μπορεί να είναι υπεύθυνη για την παραγωγή κοσμικών ακτίνων πολύ υψηλής ενέργειας.

Μια ακόμα πιο θεαματική δυνατότητα είναι η κβαντική βαρύτητα να καταρρίπτει τους νόμους της κβαντικής θεωρίας πεδίου, ανατρέποντας για παράδειγμα τις ιδέες μας για τοπικότητα, αιτιότητα και αναλλοίωτο σε μετασχηματισμούς Lorentz. Στην περίπτωση αυτή η υπογραφή της κβαντικής βαρύτητας θα είναι πιο ευδιάκριτη. Οι συνάδελφοί μου και εγώ δεν φοβηθήκαμε να κάνουμε κάποιες ρηξικέλευθες προβλέψεις πάνω σ’ αυτή την υπόθεση οι οποίες μπορεί να μην είναι δημοφιλείς μεταξύ των συντηρητικών συναδέλφων μας αλλά έχουν το πλεονέκτημα ότι μπορούμε να τις ελέγξουμε πειραματικά. Η υπόδειξή μας είναι ότι η συνηθισμένη εξίσωση Schrodinger χρειάζεται τροποποίηση που να ανακλά την απώλεια της κβαντικής συμβολής. Αυτό κατά συνέπεια θα παραβίαζε το πιο ιερό θεώρημα της κβαντικής θεωρίας πεδίου, ότι δηλαδή η φυσική μιας αλληλεπίδρασης σωματιδίων παραμένει αναλλοίωτη όταν το φορτίο, οι χωρικές συντεταγμένες και ο χρόνος αντιστραφούν. Οι διασπάσεις των ουδέτερων Καονίων προσφέρουν το πιο ευαίσθητο μικροσκοπικό εργαστήριο για τον έλεγχο της κβαντομηχανικής, και συνεπώς προσφέρεται μια πιθανή ευκαιρία για το “εργοστάσιο καονίων” DAFNE στο Fraskati της Ιταλίας.