Kαθιερωμένο Μοντέλο-Σωματίδιο Higgs

 H ύλη στο σύμπαν από την πιο απλή  μορφή της  έως και την πιο σύνθετη των πλανητών,του Ήλιου,των αστεριών ,των γαλαξιών υπήρξε αντικείμενο παρατηρήσεων ερευνών ,πειραματισμών από την εποχή των  αλχημιστών ,των αστρολόγων  ,της ανάπτυξης των  θρησκειών ,που βασίζονταν στη Μεταφυσική εξήγηση της δημιουργίας της ύλης μέχρι την σημερινή εποχή των αστροφυσικών που βασίζονται στις  αντιλήψεις των προσωκρατικών φιλοσόφων ότι μόνο με τη λογική μπορεί να ερευνήσεις τo κόσμο.

Η Φυσική των υψηλών ενεργειών προσπαθεί να μπει στα χωράφια της μεταφυσικής και να εξηγήσει με επιστημονικό τρόπο τη δημιουργία του κόσμου.

Τα βασικά ερωτήματα που σχετίζονται με την ύλη  είναι:

 α)Ποια είναι δομή της  ύλης

β)Πως συγκροτήθηκε  η ύλη σε σύνθετες δομές από απλά σωματίδια .

γ)Πως δημιουργήθηκε η μάζα  των υλικών σωμάτων.

Το σύνολο των επιστημονικών απαντήσεων στα παραπάνω ερωτήματα αποτελούν το καθιερωμένο μοντέλο(Standard Model).

Το καθιερωμένο μοντέλο είναι μία απλή και κατανοητή θεωρία που εξηγεί τις εκατοντάδες των σωματιδίων  και τις πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις τους  χρησιμοποιώντας μόνο:

·         6 κουάρκ μαζί με τα 6 αντικουάρκ

·         6 λεπτόνια(μιόνιο,ταυ ,ηλεκτρόνιο και τα 3 νετρίνα τους),φυσικά κι άλλα 6 αντισωματίδια

·         Τα σωματίδια φορείς των δυνάμεων ,όπως το φωτόνιο,τα δυο μποζόνια W και Z και τα γλουόνια.

Από τα παραπάνω δομικά συστατικά της ύλη για να συγκροτηθούν πιο σύνθετα σωματίδια απαιτούνται δυνάμεις ,καλύτερα αλληλεπιδράσεις .

Σύμφωνα με το καθιερωμένο μοντέλο υπάρχουν οι εξής αλληλεπιδράσεις

·         Οι ισχυρές πυρηνικές αλληλεπιδράσεις με φορείς  τα χωρίς μάζα  μποζόνια που τα λένε γλουόνια.

·         Οι ασθενείς πυρηνικές αλληλεπιδράσεις  με φορείς τα δυο μποζόνια W και Z που έχουν μάζα.

·         Οι ηλεκρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις με φορείς τα φωτόνια.

Το καθιερωμένο μοντέλο είναι ο θρίαμβος της σωματιδιακής φυσικής της δεκαετίας του 1970.

Μια από τις μεγαλύτερες αδυναμίες του καθιερωμένου μοντέλου είναι ότι δεν περιλαμβάνει τη βαρυτική δύναμη που κυριαρχεί στο σύμπαν και είναι η αιτία δημιουργίας των μεγάλων συγκεντρώσεων ύλης όπως οι πλανήτες ,ο ήλιος ,οι γαλαξίες και εξηγεί και τις κινήσεις αυτών των δομών.

   Ένα άλλο πρόβλημα τις θεωρίας είναι ότι ενώ όλες οι θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις έχουν παρόμοια δομή γιατί μόνο τα μποζόνια W και Ζ των ασθενών αλληλεπιδράσεων έχουν μάζα?

Σωματίδιο Ηiggs

Το σωμάτιο Higgs προτάθηκε(το αποκάλεσαν «σωµατίδιο του Θεού»), πριν 50 χρόνια και έχει ένα ρόλο κλειδί στο Καθιερωμένο μοντέλο, δεδομένου ότι ο ρόλος του είναι να προσφέρει ερμηνεία σε ένα από  τα θεμελιώδη αναπάντητα ερωτήματα της Φυσικής μέχρι σήμερα,δηλαδή την προέλευση της μάζας όλων των άλλων στοιχειωδών σωματιδίων και ιδιαίτερα τη διαφορά ανάμεσα στο χωρίς μάζα φωτόνιο και στα βαριά μποζόνια W και Z που ευθύνονται για την ασθενή αλληλεπίδραση.Θεωρητικά  είναι υπεύθυνο για την ύπαρξη της ύλης, που χωρίς αυτή δεν θα υπήρχε ούτε βαρύτητα ούτε Σύµπαν.

Το μποζόνιο Higgs δεν έχει ανακαλυφθεί ακόμη,πιστεύουμε όμως ότι η μάζα του είναι μικρότερη από 1 ΤeV.

Για να βρεθεί το μποζόνιο Higgs απαιτείται να συγκρουσθούν δυο κουάρκ με κινητική ενέργεια τουλάχιστον 1 ΤeV.

Στον Ευρωπαικό Οργανισμό Πυρηνικής Ενέργειας (CERN)με τη βοήθεια του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων(LHC) γίνεται προσπάθεια ανίχνευσης του σωματιδίου Higgs.

Οι επιστήµονες θέτουν σε σύγκρουση δέσµες πρωτονίων για να δηµιουργήσουν συνθήκες αντίστοιχες µε τη μεγάλη έκρηξη( Big Bang)που δημιούργησε το σύμπαν.

Τα πρωτόνια βρίσκονται στους πυρήνες των ατόµων που είναι βασικές µονάδες της ύλης. Αποτελούνται από  τρία κουάρκ που συγκρατούνται από γλουόνια.

∆έσµες πρωτονίων επιταχύνονται µε το 99,9999991% της ταχύτητας του φωτός. Τα κουάρκ και τα γλουόνια µέσα στα πρωτόνια συγκρούονται και εκρήγνυνται µε ενέργεια ικανή για να δηµιουργήσουν τα µποζόνια Higgs.

Το σωµατίδιο Higgs  έχει 100-200 φορές τη µάζα ενός πρωτονίου και θα «ζήσει» λιγότερο από ένα εκατοµµυριοστό του δισεκατοµµυριοστού του δισεκατοµµυριοστού του δευτερολέπτου προτού διασκεδαστεί σε μια δέσμη άλλων σωµατιδίων.

Στις 13 Δεκεμβρίου 2011 τα πειράματα ATLAS  και CMS που κάνουν δυο ανεξάρτητες ομάδες  στο CERN ανακοίνωσαν την τρέχουσα κατάσταση της έρευνάς τους για το σωματίδιο Higgs. Τα αποτελέσματα που παρουσιάστηκαν βασίζονται στην ανάλυση σημαντικά μεγαλύτερου πλήθος δεδομένων από αυτά που χρησιμοποιήθηκαν για τις παρουσιάσεις στα καλοκαιρινά συνέδρια του 2011. Ακριβώς αυτό το πλήθος των δεδομένων επιτρέπει μια σαφή πρόοδο στην έρευνα για το Higgs αλλά δεν είναι αρκετό για μια ολοκληρωμένη απάντηση στο ερώτημα ύπαρξης του Higgs. Το κυρίαρχο αποτέλεσμα είναι ότι η μάζα του σωματιδίου Higgs (που προτείνεται από το Καθιερωμένο Πρότυπο), αν βέβαια υπάρχει το σωματίδιο, θα βρίσκεται στην περιοχή των 116-130 GeV (γίγα-ηλεκτρονβόλτ) κατά το πείραμα ATLAS και στην περιοχή των 115-127 GeV για το πείραμα CMS. Σοβαρές ενδείξεις παρουσίας του σωματιδίου βρίσκουν και τα δύο πειράματα στις αναφερόμενες περιοχές, αλλά όχι αρκετές ώστε να δικαιολογούν την ανακάλυψή του.

Στους επόμενους μήνες, και τα δύο πειράματα θα τελειοποιήσουν την ανάλυσή τους για τις σχετικές παρουσιάσεις στα χειμερινά συνέδρια του Μαρτίου. Παρ’ όλα αυτά, μια σαφής απάντηση για την παρουσία ή όχι του Higgs απαιτεί περισσότερα δεδομένα και θα πρέπει να την περιμένουμε πιθανά αργότερα μέσα στο 2012.


Peter Higgs Άγγλος θεωρητικός Φυσικός πρότεινε το σωματίδιο Ηiggs το 1964.