Ενθύμημα για το πρωτοποριακό ερευνητικό έργο του Πίτερ Χιγκς

Πριν από δύο μέρες έφυγε από τη ζωή σε ηλικία 94 χρόνων ο Πίτερ Χιγκς, κορυφαίος θεωρητικός φυσικός, που είχε κερδίσει το 2013 το Νόμπελ Φυσικής για την ανακάλυψη του ομώνυμου σωματιδίου.

Κατά τη διάρκεια του εικοστού αιώνα, κάποιες πολύ ευφάνταστες και φαινομενικά «αυθαίρετες» θεωρίες της μικροφυσικής προέβλεπαν με απίστευτη διαύγεια και ακρίβεια την παρουσία και τις ιδιότητες πολλών υποατομικών σωματιδίων, η ύπαρξη των οποίων έμελλε να επιβεβαιωθεί εμπειρικά μόνο ύστερα από πολλά χρόνια ή και δεκαετίες. Διάσημα παραδείγματα είναι τα εξωτικά νετρίνο, την ύπαρξη των οποίων είχε προβλέψει ο Β. Πάουλι (W. Pauli) ήδη από το 1930, ενώ έναν χρόνο αργότερα ο Ε. Φέρμι (E. Fermi) περιέγραψε λεπτομερώς τη διάσπαση Βήτα των πυρήνων, την οποία πρώτη φορά παρατήρησαν στο εργαστήριο το 1956. Περιττό να επισημάνουμε ότι η ιστορία της σύγχρονης φυσικής βρίθει από τέτοιες φαινομενικά αυθαίρετες εικασίες που, αργά ή γρήγορα, επιβεβαιώθηκαν πειραματικά.

Πάντως, το ρεκόρ επιτυχούς επιστημονικής θεωρητικής πρόβλεψης ανήκει αναμφίβολα στο «μποζόνιο του Χιγκς». Την αναγκαιότητα ύπαρξης αλλά και τον θεμελιώδη φυσικό μηχανισμό δράσης αυτού του άπιαστου, μέχρι το 2012, υποατομικού σωματίδιου είχε προβλέψει ο κορυφαίος Σκοτσέζος θεωρητικός φυσικός Πίτερ Χιγκς (P. Higgs).

Πράγματι, από την πρώτη στιγμή που διατυπώθηκε –κατά τη δεκαετία του 1970– το Καθιερωμένο Μοντέλο σωματιδιακής φυσικής, σκόνταψε σε δύο πολύ σοβαρά αινιγματικά προβλήματα: 1) δεν περιλάμβανε τη δύναμη της βαρύτητας και τις πανταχού παρούσες βαρυτικές αλληλεπιδράσεις, και 2) δεν κατάφερνε να εξηγήσει γιατί όλα τα υλικά σώματα έχουν μια ορισμένη μάζα. Η λύση του πρώτου αινίγματος παραμένει, μέχρι σήμερα, άγνωστη επειδή δεν υπάρχει μια ενιαία θεωρία που να συνδέει τον ορατό κόσμο με τον μικρόκοσμο. Οσο για το δεύτερο αίνιγμα του μηχανισμού μέσω του οποίου ορισμένα σωματίδια καθορίζουν τη μάζα όλων των υλικών αντικειμένων, κατάφεραν να το λύσουν οι ερευνητές καταφεύγοντας στις πολύ ακραίες φυσικές συνθήκες που δημιουργούν οι νέοι πανίσχυροι επιταχυντές, όπως ο ισχυρός ευρωπαϊκός Αδρονικός Επιταχυντής.

Και τη λύση του δεύτερου αινίγματος την περιέγραφε με εντυπωσιακή ακρίβεια η κομψή θεωρία του Πίτερ Χιγκς, άγνωστου, τότε, καθηγητή θεωρητικής φυσικής στο Δουβλίνο. Τη θεωρία του αυτή την είχε διατυπώσει ήδη από το 1962 και υποστήριζε ότι υπάρχουν κάποια μικρά σωματίδια, τα λεγόμενα έκτοτε «μποζόνια Χιγκς», που δημιουργούν παντού στο Σύμπαν «το πεδίο Χιγκς» και όλα τα άλλα σωματίδια αποκτούν τη μάζα τους όταν βρεθούν μέσα στο πεδίο Χιγκς. Για αυτόν τον λόγο, τα μποζόνια Χιγκς βαφτίστηκαν (εσφαλμένα) από τα ΜΜΕ «τα σωματίδια του Θεού»!.

Η επιβεβαίωση της θεωρίας του Χιγκς

Ο θεωρητικός φυσικός μηχανισμός που είχε προτείνει ο Πίτερ Χιγκς για τη δημιουργία της μάζας των σωματιδίων στο Σύμπαν, τα επόμενα χρόνια θα κερδίσει φανατικούς υποστηρικτές και αμετάπειστους αντιπάλους. Εξάλλου, ένας από τους βασικούς λόγους για τους οποίους κατασκευάστηκε στη Γενεύη ο πολυδάπανος Μεγάλος Αδρονικός Επιταχυντής (LHC) ήταν για να επιβεβαιωθεί ή, εναλλακτικά, για να διαψευσθεί οριστικά η δυνατότητα ύπαρξης του αινιγματικού σωματιδίου του Χιγκς, το οποίο όπως υπέθεταν ευθύνεται για τη μάζα των υλικών σωμάτων. Η εικασία, λοιπόν, που έπρεπε να διερευνηθεί στις δύο από τις τέσσερις ειδικές ανιχνευτικές μονάδες του LHC (και συγκεκριμένα από τις μονάδες ATLAS και CMS) ήταν αν πράγματι κάποια στοιχειώδη σωματίδια, στις ακραίες συνθήκες που δημιουργεί ο επιταχυντής, αποκτούν μάζα χάρη στην ασθενή αλληλεπίδρασή τους με το πεδίο Χιγκς που δημιουργείται από την παρουσία σωματιδίων τύπου Χιγκς.

Κάποιες ασαφείς πειραματικές ενδείξεις για την ύπαρξη ενός σωματιδίου τύπου Χιγκς έκαναν την εμφάνισή τους ήδη στα τέλη του 2011. Χρειάστηκαν όμως άλλοι έξι μήνες εντατικής πειραματικής εργασίας για να πεισθούν οι ερευνητές του LHC ότι πρόκειται όντως για σωματίδια Χιγκς και όχι για τυχαίες διακυμάνσεις.

Πράγματι, η πρώτη σαφής πειραματική επιβεβαίωση της ύπαρξης σωματιδίων που συμπεριφέρονται όπως τα μποζόνια του Χιγκς ανακοινώθηκε επίσημα στις 4 Ιουλίου 2012, από τη διεύθυνση του Μεγάλου Αδρονικού Επιταχυντή Συγκρουόμενων Δεσμών, πασίγνωστου με το ακρωνύμιο LHC (Large Hadron Collider).

Θα ήταν αφελές να πιστεύει κάνεις ότι οι ερευνητές στον Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή (ή οποιουδήποτε άλλου υπερεπιταχυντή) θα μπορούσαν να «δουν» άμεσα κάποια σωματίδια Χιγκς, γιατί, όπως προβλέπει το Καθιερωμένο Μοντέλο, τα σωματίδια αυτά λόγω της αστάθειάς τους είναι πρόσκαιρα και φευγαλέα, και συνεπώς μπορούν να ανιχνευθούν μόνο από τα προϊόντα της διάσπασής τους σε δύο φωτόνια ή, εναλλακτικά, σε τέσσερα λεπτόνια.

Αυτό ακριβώς επιβεβαίωσαν οι εντυπωσιακά ακριβείς παρατηρήσεις των ανιχνευτικών μονάδων ATLAS και CMS του Μεγάλου Αδρονικού Επιταχυντή του επιταχυντή στη Γενεύη. Και τα πειραματικά συμπεράσματα ανακοινώθηκαν, στις 4 Ιουλίου 1912, ήταν η απόδειξη της ύπαρξης σωματιδίων Χιγκς ή, ακριβέστερα, σωματιδίων τύπου Χιγκς. Παρατήρησαν δηλαδή «ένα νέο σωματίδιο συμβατό με το μποζόνιο του Χιγκς!», σύμφωνα με την επίσημη ανακοίνωση του Rolf-Dieter Heuer, γενικού διευθυντή του CERN. Και το 2013, ο Πίτερ Χιγκς θα βραβευτεί με το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής για το πρωτοποριακό θεωρητικό και ερευνητικό έργο του.