Τι μένει να ανακαλύψει ο LHC μετά το «σωματίδιο του Θεού»

Η φυσική μετά το Χιγκς

LHC, μια σήραγγα μέχρι την αρχή του Σύμπαντος
LHC, μια σήραγγα μέχρι την αρχή του Σύμπαντος   (Φωτογραφία:  CERN Geneva )

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων του CERN δεν θα βγει από την πρίζα μετά την επιβεβαίωση της ύπαρξης του μποζονίου Χιγκς. Το γιγαντιαίο σύστημα των 10 δισεκατομμυρίων ευρώ θα συνεχίσει

τις συγκρούσεις πρωτονίων αναζητώντας απαντήσεις σε αρκετά ακόμα έσχατα ερωτήματα: Υπάρχουν κρυμμένες διαστάσεις στο Σύμπαν; Ποια είναι η φύση της μυστηριώδους σκοτεινής ύλης και της ακόμα πιο μυστηριώδους σκοτεινής ενέργειας; Πώς εξαφανίστηκε η αντιύλη;

Ο LHC βρίσκεται εγκατεστημένος μέσα σε μια υπόγεια κυκλική σήραγγα μήκους 27 χλμ, περίπου 100 μέτρα μέσα στο έδαφος κάτω από τα σύνορα Γαλλίας-Ελβετίας.
GraphΜέσα στο τούνελ, δέσμες πρωτονίων που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις συγκρούονται σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός, αναδημιουργώντας στιγμιαία τις συνθήκες που επικρατούσαν λίγες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Τα υποατομικά συντρίμμια των συγκρούσεων ανοίγουν παράθυρο στη φύση του Σύμπαντος:

Υπερσυμμετρία: Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, την οποία αγαπούν οι φυσικοί λόγω της μαθηματικής της κομψότητας, για κάθε σωματίδιο του Καθιερωμένου Μοντέλου υπάρχουν στο Σύμπαν αντίστοιχα «υπερσυμμετρικά» σωματίδια. Μέχρι στιγμής δεν έχουν καταγραφεί τέτοιες ενδείξεις, ωστόσο ο LHC θα μπορούσε δυνητικά να ανιχνεύσει το ελαφρύτερο από αυτά τα υπερσυμμετρικά σωματίδια, το ουδετερίνο, μια φευγαλέα οντότητα που δεν αλληλεπιδρά με την κανονική ύλη.


Σκοτεινή ύλη: Η ανακάλυψη του ουδετερίνου θα αποτελούσε σημαντικό νέο στοιχείο για τη φύση της αόρατης σκοτεινής ύλης. Εδώ και δεκαετίες, οι φυσικοί γνωρίζουν ότι η ύλη που βλέπουμε στο Σύμπαν δεν επαρκεί για να εξηγήσει τις κινήσεις των γαλαξιών. Η ύλη που βλέπουμε απλά δεν είναι αρκετή –εκτιμάται ότι αντιστοιχεί μόλις στο 5% της συνολικής υλοενέργειας του Σύμπαντος.

Η υπόθεση που επικρατεί σήμερα είναι ότι υπάρχει στη φύση πολύ περισσότερη μάζα, δεν είναι όμως εύκολο να παρατηρηθεί επειδή έχει ιδιάζουσα σύσταση, δεν εκπέμπει ακτινοβολία και δεν αλληλεπιδρά με την ύλη που γνωρίζουμε.

Υπερσυμμετρικά σωματίδια όπως το ουδετερίνο θεωρούνται σήμερα υποψήφια συστατικά αυτής της σκοτεινής ύλης, η οποία εκτιμάται ότι είναι πέντε φορές περισσότερη από την ορατή ύλη.

Σκοτεινή ενέργεια: Οι κοσμολόγοι προέβλεπαν κάποτε ότι η διαστολή του Σύμπαντος θα επιβραδυνόταν λόγω της βαρύτητας, η οποία έλκει τα ουράνια σώματα μεταξύ τους. Έμειναν έκπληκτοι όταν διαπίστωσαν ότι στην πραγματικότητα η διόγκωση επιταχύνεται, και οι γαλαξίες απομακρύνονται μεταξύ τους όλο και ταχύτερα.

Η απάντηση που έχει προταθεί είναι η σκοτεινή ενέργεια: μια θεωρητική, απωστική πίεση που δρα αντίθετα στη βαρύτητα και συνεχώς τεντώνει το Σύμπαν.

Αυτή η μυστηριώδης δύναμη εκτιμάται ότι αντιστοιχεί στο 70% της υλοενέργειας του Σύμπαντος, με την ορατή και τη σκοτεινή ύλη να καλύπτουν το υπόλοιπο 30%.
Όμως η ύπαρξή της δεν έχει επιβεβαιωθεί και η φύση της παραμένει άγνωστη.

Επιπλέον διαστάσεις: Οι τέσσερις διαστάσεις που γνωρίζουμε (ο χρόνος και οι τρεις διαστάσεις του χώρου) δεν επαρκούν για τα ποικίλα μοντέλα της θεωρίας των χορδών.

Σύμφωνα με αυτές τις θεωρίες, τα σωματίδια δεν είναι σαν τα «μπαλάκια» που που φανταζόμαστε συνήθως, αλλά χορδές, που ταλαντώνονται με διαφορετικές συχνότητες.
Επομένως, τα θεμελιώδη συστατικά του Σύμπαντος δεν είναι τα σωματίδια του Καθιερωμένου Μοντέλου, αλλά η χορδή.

Ο LHC θα μπορούσε να ανακαλύψει τις κρυμμένες διαστάσεις που προβλέπουν οι θεωρίες των χορδών.

Η χαμένη αντιύλη: Στη Μεγάλη Έκρηξη που γέννησε το Σύμπαν, η ύλη και η αντιύλη υποτίθεται ότι δημιουργήθηκαν σε ίσες ποσότητες. Σήμερα, όμως, η αντιύλη είναι ουσιαστικά άφαντη. Απλά αγνοείται. Πώς εξηγείται αυτή η «ασυμμετρία» ύλης-αντιύλης;

Απαντήσεις για το μυστήριο της χαμένης αντιύλης ίσως προκύψουν από τον ανιχνευτή LHCb του νέου επιταχυντή, ο οποίος σχεδιάστηκε ειδικά για τη μελέτη της αντιύλης, σε αντίθεση με τους τρεις ανιχνευτές «γενικής χρήσης», ATLAS, CMS και ALICE.