Alkimos archive

…ας πούμε επιτέλους αλήθειες!

Το νέο επίτευγμα του CERN και η γοητεία της αντιύλης

Είμαστε λίγο ποιό κοντά στη κατανόηση της γένεσης και εξέλιξης του Σύμπαντος;

Φυσικοί επιστήμονες του CERN, δηλαδή του Ευρωπαϊκού Κέντρου Πυρηνικής Έρευνας, που βρίσκεται κοντά στη Γενεύη, έχουν ανακοινώσει ότι κατόρθωσαν να απομονώσουν άτομα αντιύλης, συγκεκριμένα 309 αντιυδρογόνα, για περίπου 1000 δευτερόλεπτα ή 16 λεπτά. Πρόκειται για ένα μεγάλο και δύσκολο επίτευγμα, που μπορεί να αποκαλύψει περαιτέρω μυστήρια τόσο για το μικρόκοσμο των σωματιδίων, όσο και για το μακρόκοσμο του Σύμπαντος.

Δεν ήταν η πρώτη φορά, όμως που παράγονται τεχνητά άτομα αντιύλης. «Συνήθως όμως εξαϋλώνονται ακαριαία, επειδή έρχονται σε επαφή με τη συμβατική ύλη» τονίζει ο καθηγητής του Πανεπιστημίου Κρήτης Γιώργος Γραμματικάκης(*), και προσθέτει:

“Είναι αλήθεια ότι ο απλός άνθρωπος θεωρεί την αντιύλη ως μια οντότητα εξωτική. Ίσως επειδή με την ύλη και τα υλικά πράγματα αισθάνεται δεμένος με ποικίλους τρόπους -συχνά διόλου σοφούς!- η αντιύλη φαντάζει στο μυαλό του ως η πεμπτουσία της διαφυγής και του φανταστικού.

Για την επιστήμη, εντούτοις, η λέξη δεν έχει ιδιαίτερη φόρτιση, ούτε κρύβει κάποιο μυστήριο. Η συμβολή της, όμως, στη θεμελίωση της φυσικής υπήρξε πράγματι δεσπόζουσα.

Ας δούμε τα πράγματα από την αρχή. Τον κόσμο μας, τον υλικό κόσμο, συνθέτουν τα άτομα, που αποτελούνται από τα ηλεκτρόνια και έναν βαρύ πυρήνα. Δεν είναι λοιπόν «άτμητα», όπως πίστευε ο Δημόκριτος. Ο ίδιος ο πυρήνας συντίθεται από πρωτόνια και νετρόνια, ενώ τα ηλεκτρόνια διαγράφουν πολύπλοκες τροχιές και δίδουν σε κάθε άτομο τις χαρακτηριστικές του ιδιότητες.

Τους νόμους που διέπουν τον μικρόκοσμο των ατόμων -νόμους που παραβιάζουν την κοινή λογική- περιέγραψε η κβαντομηχανική, επίτευγμα διανοητικό από τα σπουδαιότερα στην ανθρώπινη ιστορία. Όταν γύρω στο 1926, ολοκληρώθηκαν οι κανόνες και οι εξισώσεις της, μια επανάσταση είχε συντελεστεί στην επιστήμη. Επανάσταση που, εκτός από το θεωρητικό μεγαλείο της, οδήγησε στη σημερινή τεχνολογική εποχή.

Η κβαντομηχανική, όμως, παρουσίαζε από τη γένεσή της μια σημαντική αδυναμία: Δεν ήταν συμβατή με την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας, που ο Αϊνστάιν είχε συλλάβει όντας ακόμα ταπεινός υπάλληλος σε ένα γραφείο ευρεσιτεχνιών. Μια σύνθεση των δύο θεωριών ήταν αναγκαία. Σε αντίθεση με τους πολιτικούς, οι φυσικοί την αλήθεια αναζητούν στη σύνθεση των ιδεών, όχι στον κατακερματισμό τους.

Τη σύνθεση αυτή πραγματοποίησε πρώτος ο Paul Dirac, ένας ιδιοφυής φυσικός με εμμονή στις αισθητικές αξίες της επιστήμης. Η θεωρία του Dirac, ενώ γεφύρωνε την Κβαντομηχανική με τη Σχετικότητα, είχε ωστόσο μια απαραίτητη προϋπόθεση: ότι εκτός από το ηλεκτρόνιο έπρεπε να υπάρχει ένα άλλο σωματίδιο, με την ίδια ακριβώς μάζα -αλλά με αντίθετο φορτίο!

Η πρόβλεψη αυτή ελάχιστους έπεισε. Λίγα όμως χρόνια αργότερα, ένα καινούριο σωματίδιο ανιχνεύθηκε στις κοσμικές ακτίνες, που βομβαρδίζουν τη γη μας από το διάστημα. Είχε την ίδια μάζα με το ηλεκτρόνιο, αλλά, αναπάντεχα, θετικό φορτίο. Ήταν το αντιηλεκτρόνιο, το πρώτο δηλαδή σωματίδιο αντιύλης. Εξαιτίας ακριβώς του θετικού του φορτίου ονομάσθηκε ποζιτρόνιο. Η τολμηρή πρόβλεψη του Dirac, καθηγητή ήδη στο Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ, είχε επαληθευθεί.

Το πρώτο όμως αυτό σωματίδιο αντιύλης έμελλε να αποκτήσει πολλούς συντρόφους. Μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, όλων των ειδών τα αντισωματίδια άρχισαν να ανακαλύπτονται στους μεγάλους επιταχυντές, που κατασκευάστηκαν για να μελετήσουν τη δομή της ύλης. Ένα σημαντικό βήμα υπήρξε η ανακάλυψη του αντιπρωτονίου, που παρήχθη πρώτη φορά το 1955 σε βίαιες συγκρούσεις πρωτονίων. Όπως αναμενόταν, το αντιπρωτόνιο είχε την ίδια μάζα με το πρωτόνιο, αρνητικό όμως φορτίο.

Η γενίκευση των εξισώσεων του Dirac, που είχαν εν τω μεταξύ πετύχει οι θεωρητικοί φυσικοί, οδηγούσε σε μια συγκλονιστική πρόβλεψη: ότι σε κάθε σωματίδιο της ύλης, που υπήρχε στο Σύμπαν ή παραγόταν τεχνητά, αντιστοιχούσε και το αντισωματίδιό του. Με την ίδια πάντοτε μάζα, αλλά με αντίθετο φορτίο και κάποιες άλλες ηλεκτρικές ιδιότητες. Στην ύλη, με δύο λόγια, αντιστοιχούσε η αντιύλη! Ο κόσμος αποκτούσε μια βαθύτερη, όσο και ανεξήγητη, συμμετρία.

Την πρόβλεψη της αντιύλης σφραγίζει, ωστόσο, μια ιδιαίτερη παράμετρος. Το επιστημονικό έργο του Dirac, καθώς και το κλασικό του σύγγραμμα γύρω από τις αρχές της κβαντομηχανικής, διαθέτουν ιδιαίτερη κομψότητα και μαθηματική ομορφιά. Όταν το 1974 επισκέφθηκε το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ -είχε ήδη εγκατασταθεί στις Ηνωμένες Πολιτείες- συμβούλευσε τους μεταπτυχιακούς φοιτητές να ενδιαφέρονται περισσότερο για την ομορφιά των εξισώσεών τους, και λιγότερο για το νόημα που έχουν!

Υπάρχει ωστόσο μια ιδιότητα της αντιύλης που κάνει τα πράγματα ακόμα πιο ενδιαφέροντα· ή, κατά κάποιον τρόπο, πιο ριψοκίνδυνα. Είναι ότι κάθε σύγκρουση της ύλης με την αντιύλη, ή και η απλή επαφή τους, οδηγεί σε μια πραγματική εξαΰλωση. Τα σωματίδια εξαφανίζονται, ενώ απελευθερώνεται άφθονη ενέργεια υπό μορφή φωτεινής ακτινοβολίας (m=Ec^2). Η ύλη, δηλαδή, μετατρέπεται σε φως! [Αν π.χ. ένα κιλό ύλης «συναντηθεί» με ένα κιλό αντιύλης, τότε θα δημιουργηθεί μια τεράστια έκρηξη ισοδύναμης ισχύος 43 μεγατόνων ΤΝΤ, περίπου 3.000 φορές πιο ισχυρή από την ατομική βόμβα που κατέστρεψε την Χιροσίμα. Γι’ αυτό το λόγο, άλλωστε, στην επιστημονική φαντασία αφθονούν τα όπλα αντιύλης].

Μήτε, λοιπόν, στα αναρίθμητα αστέρια του ουρανού, μήτε στους πλανήτες είναι δυνατή η συνύπαρξη ύλης και αντιύλης. Το αποτέλεσμα θα ήταν τότε μια έκρηξη βίαιη και καταστροφική. Δεν μπορεί όμως να αποκλειστεί η ύπαρξη στο Σύμπαν μεγάλων ποσοτήτων αντιύλης, που είναι για πάντα χωρισμένες από την ύλη. Αυτό άλλωστε ισχυρίσθηκε ο ίδιος ο Dirac στην ομιλία του, όταν το 1933 δίκαια τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ. Με άλλα λόγια, είναι πιθανή η ύπαρξη αντιαστέρων, αντιπλανητών – ίσως και αντιανθρώπων!

Πριν όμως ο αναγνώστης βεβαιώσει ότι, για το τελευταίο τουλάχιστον, δεν υπάρχουν αμφιβολίες, ας υπογραμμισθεί ότι ο εντοπισμός της αντιύλης στο Σύμπαν είναι εξαιρετικά δυσχερής. Η αντιύλη είναι μια καθ’ όλα λογική και αξιοπρεπής μορφή της ύλης, κάτι σαν την κατοπτρική εικόνα της. Και τα χαρακτηριστικά της φαινόμενα, δεν θα διέφεραν καθόλου από εκείνα του κανονικού μας κόσμου. Ένα αστέρι από αντιύλη θα εξέπεμπε φως με τις ίδιες ακριβώς διαδικασίες, και θα είχε την ίδια εξέλιξη με το κανονικό αστέρι. Μήτε τα βαρυτικά φαινόμενα θα διέφεραν, και ένας αντιπλανήτης θα περιστρεφόταν γύρω από έναν υποθετικό αντιήλιο με τον ίδιο τρόπο όπως οι γνωστοί μας πλανήτες γύρω από τον ήλιο.

Έχει λοιπόν κάποια βάση η συμβουλή που δίδει ένας γνωστός φυσικός. Ότι αν η μοίρα το φέρει να συναντηθούμε με έναν εξωγήινο, ας μην του δώσομε απερίσκεπτα το χέρι. Ίσως να είναι φτιαγμένος από αντιύλη. Τότε η φιλική χειραψία θα καταλήξει σε μια κατακλυσμική έκρηξη!

Σε γήινη πάντως κλίμακα, μια μυστηριώδης έκρηξη το 1908 που κατέκαψε τα γύρω δάση στη Σιβηρία, δεν αποκλείεται να οφειλόταν σε ένα θραύσμα αντιύλης που κατάφερε να φθάσει ως τη γη. Ας σημειωθεί, μόνον, ότι ενώ η έκρηξη είχε την ισχύ μιας πυρηνικής βόμβας, το κομμάτι της αντιύλης, που ίσως την προκάλεσε, δεν θα υπερέβαινε σε μέγεθος ένα σπυρί στάρι!

Αν όμως τα σωματίδια αντιύλης έχουν ήδη αυτήν την ενδιαφέρουσα προϊστορία, γιατί τόσος θόρυβος γύρω από το πρόσφατο επιστημονικό επίτευγμα; Διότι, απλούστατα, οι ερευνητές κατάφεραν να δημιουργήσουν όχι μεμονωμένα σωματίδια αντιύλης, αλλά ολόκληρα αντιάτομα! Συγκεκριμένα, άτομα αντιυδρογόνου. Σε αντίθεση με το συμβατικό άτομο υδρογόνου, το αντιυδρογόνο διαθέτει ως πυρήνα το αντιπρωτόνιο, ενώ γύρω του περιστρέφεται ένα αντιηλεκτρόνιο -δηλαδή, ένα ποζιτρόνιο. Με ένα πολύπλοκο μάλιστα μαγνητικό σύστημα, οι επιστήμονες του CERN επέτυχαν να κρατήσουν τα αντιάτομα αυτά -έστω για ελάχιστο χρονικό διάστημα!- μακριά από άτομα της ύλης και την αμοιβαία τους εξαφάνιση.

Το επίτευγμά τους δεν σημαίνει, βέβαια, ότι κάποιες εφαρμογές της αντιύλης είναι επί θύραις. Παρόμοιες εφαρμογές, για το καλό ή το κακό, απαιτούν δεκαετίες. Η γοητεία όμως της αντιύλης έγκειται αλλού: Στο σημερινό Σύμπαν, η αντιύλη φαίνεται ότι λάμπει διά της απουσίας της. Η βαθύτερή της λοιπόν κατανόηση θα οδηγήσει σε απαντήσεις γύρω από την ίδια την γένεση και την εξέλιξη του Σύμπαντος. Αξίζει άλλωστε να υπογραμμισθεί, ότι η θεωρητική πρόβλεψη της αντιύλης στηρίχθηκε σε αρχές συμμετρίας και ομορφιάς. Όπως λοιπόν και στη ζωή, η αναζήτηση της ομορφιάς στην επιστήμη αποκαλύπτει έναν ολόκληρο κόσμο, που προσπαθεί να μας ψιθυρίσει την αλήθεια.”

.
(*)Κυριακάτικη Ελευθεροτυπία, Κυριακή 6 Φεβρουαρίου 2011
.

08/06/2011 Posted by | Science | , , | 1 σχόλιο

Η μαύρη τρύπα στο CERN

Προβληματίζει η επαναλειτουργία του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων

Higgs ...στα άχυρα!

Higgs ...στα άχυρα!

Πριν από ένα περίπου χρόνο, όταν ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) του CERN ξεκινούσε τη λειτουργία του, πολλοί είχαν εκφράσει το φόβο ότι θα δημιουργούσε μια μαύρη τρύπα που θα καταβρόχθιζε τον πλανήτη. Όπως επισημαίνουν κάποιοι σήμερα, ο ίδιος ο επιταχυντής μπορεί να είναι μια μαύρη τρύπα.

Το μεγαλύτερο επιστημονικό όργανο του κόσμου έχει μέχρι στιγμής κοστίσει περίπου 10 δις δολάρια, έχει λειτουργήσει εννέα συνολικά ημέρες και δεν έχει ακόμη πραγματοποιήσει κανένα πείραμα. Το μήκους 27 χιλιομέτρων υπόγειο τούνελ του επιταχυντή στα σύνορα της Γαλλίας και της Ελβετίας κατασκευάστηκε με τη συμμετοχή επιστημόνων από πολλές χώρες, ενώ χιλιάδες φυσικοί περιμένουν την έναρξη λειτουργίας του.

Σύμφωνα με την ανακοίνωση του CERN, ο επιταχυντής θα ξεκινήσει και πάλι τη λειτουργία του τον Νοέμβριο, χρησιμοποιώντας τη μισή του ενέργεια, παρά τις πιέσεις επιστημόνων για πλήρη ισχύ που θα επιτρέψουν την πραγματοποίηση πειραμάτων με την ελπίδα να ξεκλειδώσουν κάποια από τα μεγαλύτερα μυστικά του σύμπαντος.

Ακόμη και στη μισή ισχύ όμως, ο επιταχυντής θα κλείσει και πάλι στις αρχές του 2010 προκειμένου να ολοκληρωθούν οι επισκευές, ώστε τελικά, κάποια στιγμή, να λειτουργήσει σε πλήρη ισχύ 7 τρισεκατομμυρίων ηλεκτροβόλτ, επτά φορές υψηλότερα από κάθε άλλο αντίστοιχο μηχάνημα στον κόσμο. Λόγω της βλάβης, 53 συνολικά ηλεκτρικοί μαγνήτες έπρεπε να καθαριστούν και να επιδιορθωθούν, ενώ μια σειρά από χρονοβόρες εργασίες έπρεπε να επαναληφθούν προκειμένου να εξασφαλιστεί η πορεία των υποατομικών σωματιδίων μέσα στον επιταχυντή, σε ταχύτητες που πλησιάζουν αυτή του φωτός και σε θερμοκρασία κοντά στο απόλυτο μηδέν.

Ο Μίτσιο Κάκου, καθηγητής φυσικής στο πανεπιστήμιο Σίτι της Νέας Υόρκης, υποστηρίζει τον επιταχυντή του CERN, ως μια κρίσιμη επένδυση. «Ευρωπαίοι και Αμερικανοί δεν θα επένδυαν δέκα δισεκατομμύρια δολάρια σε ένα κύλινδρο για τίποτα», δήλωσε. «Εξερευνούμε τις απαρχές της φυσικής και της κοσμολογίας με τον επιταχυντή γιατί θέλουμε να έχουμε ένα παράθυρο στη δημιουργία, να αναπαράγουμε ένα μικρό κομμάτι της Γέννησης για να ξεκλειδώσουμε μερικά από τα μεγαλύτερα μυστικά του σύμπαντος».

Οι ειδικοί στο CERN υπολογίζουν το κόστος για τις επισκευές και τα επιπρόσθετα συστήματα ασφαλείας να φτάσει τα 37 εκατομμύρια δολάρια, τα οποία θα καλυφθούν από τις εταιρείες που συμμετέχουν στο CERN.

Ο LHC είναι ο μεγαλύτερος επιταχυντής του κόσμου, μετά την ακύρωση του Υπεραγώγιμου Μεγάλου Επιταχυντή του Τέξας, λόγω του υψηλού κόστους κατασκευής και τα αυξανόμενα ερωτηματικά σχετικά με την αξία της συμβολής του στην επιστήμη.

[…]

kathimerini.gr / Associated Press

Σχόλιο:

Ο μέσος πολίτης εύλογα θα αναρωτηθεί, αν έχει λύσει η επιστήμη όλα τα τρέχοντα προβλήματα επιβίωσης του πλανήτη και της ανθρωπότητας γενικά, ώστε να διαθέτει 10 δισεκατομμύρια δολάρια για μια τέτοιου είδους έρευνα. Είναι η πρακτική αξία αυτού του εγχειρήματος, ανάλογη, με οποιεσδήποτε πρωτοβουλίες (αν υπάρχουν κάποιες), για την ικανοποίηση των αναγκών και την λύση των ολοένα αυξανόμενων προβλημάτων που αντιμετωπίζουμε; Είναι πράγματι αυτός που αναφέρεται στο ανωτέρω άρθρο ο σκοπός της επένδυσης ή μήπως έχουμε κι εδώ ένα  στρατηγικής σημασίας ζήτημα; Μήπως ο αόριστος αυτός σκοπός που παρουσιάζεται, δεν είναι, παρά προπέτασμα καπνού για την δικαιολογία είσπραξης των ανάλογων κονδυλίων που απαιτούνται για την ολοκλήρωση του πειράματος;

Η εμπειρία που έχουμε στο μεταξύ, με ανάλογα πειράματα, δήθεν υπέρ της επιστημονικής ανάπτυξης και για το καλό της ανθρωπότητας, είναι αρκετά μεγάλη, ώστε να μη πέφτουμε άλλο θύματα παραπληροφόρησης (έτσι τουλάχιστον ελπίζω).

Το συμπέρασμα λοιπόν είναι, ότι ο επιταχυντής του CERN δεν θα δημιουργήσει κάποια μαύρη τρύπα που θα μας καταπιεί, αλλά ότι την έχει δημιουργήσει ήδη…στην παγκόσμια οικονομία!

Ο χρόνος θα δείξει, πόσο θα μας κοστίσει ακόμα…

.

11/08/2009 Posted by | Science | , , , , , , | 9 Σχόλια