Τα μπλουζ της αντιύλης

  Το εσωτερικό του ανιχνευτή Atlas, μιας γιγάντιας μεταλλικής δομής με άπειρα καλώδια και σύρματα, που μετράει τις ενέργειες των σωματιδίων. «Εχουμε ανακαλύψει πολλά γύρω από τον υποατομικό κόσμο, αλλά έχουμε ακόμα να μάθουμε», λέει στην «Κ» ο Στίβεν Γκόλντφαρμπ. Φωτ. ©CERN

ταν δεν μετράει υποατομικά σωματίδια στο CERN, ο Στίβεν Γκόλντφαρμπ παίζει στην κιθάρα του τα αγαπημένα του μπλουζ. Εμφανίζεται με το ποδήλατό του και μπορείς να τον φανταστείς να αυτοσχεδιάζει στην πεντατονική κλίμακα και τις υφέσεις της στον τρίτο και τον έβδομο φθόγγο.

Ομως, τα πάντα στους χώρους του CERN παραπέμπουν σε συμβατική βιομηχανία, ακόμα και όταν κατεβαίνεις εκατοντάδες μέτρα κάτω από την επιφάνεια για να δεις από κοντά τους ανιχνευτές, το Atlas ή το Alice: τερατώδεις μεταλλικές δομές με άπειρα καλώδια και σύρματα που μπερδεύονται μεταξύ τους.

Με το που αρχίζει όμως να μιλάει ο Στίβεν, όρθιος πλάι σε ένα μοντέλο του Atlas από Lego (9.500 κομμάτια…), την πεζή αίσθηση του εργοστασίου αντικαθιστά το δέος. «Εχουμε ανακαλύψει πολλά γύρω από τον υποατομικό κόσμο, αλλά έχουμε ακόμα να μάθουμε. Το Καθιερωμένο Πρότυπο της Φυσικής περιγράφει τη συνηθισμένη ύλη στο σύμπαν. Αλλά αυτή καλύπτει μονάχα το 5% του γνωστού σύμπαντος. Oλο το υπόλοιπο αποτελείται από αυτό που έχουμε ονομάσει “σκοτεινή ύλη” (27% του περιεχομένου του σύμπαντος) και “σκοτεινή ενέργεια” (68%). Οταν οι φυσικοί του μέλλοντος θα πέφτουν πάνω σε αυτούς τους όρους, θα πιστεύουν πως ζούσαμε σε Μεσαίωνα. Oμως, είμαστε ένας πλανήτης πλάι σε ένα από τα εκατό δισεκατομμύρια άστρα του γαλαξία, ενός από τα εκατό δισεκατομμύρια γαλαξίες στο σύμπαν. Δεν είναι λίγο να κατανοείς από τι είναι φτιαγμένο το 5% του σύμπαντος».

Oταν η Θεσσαλονικιά φυσικός Δέσποινα Χατζηφωτιάδη μάς ξεναγεί στον «δικό της» ανιχνευτή, τον Alice, που βρίσκεται κάτω από το έδαφος της Γαλλίας, λέει για τη σκοτεινή ύλη: «Δεν ξέρουμε τι είναι και γι’ αυτό δεν ξέρουμε και πώς να την αναζητήσουμε. Είναι και λίγο κατασκεύασμα στο μυαλό μας, το βέβαιο πάντως είναι πως πρόκειται και για μια αόρατη “κόλλα” που κρατάει τους γαλαξίες μαζί. Παρατηρούμε, δηλαδή, μια μάζα που είναι πολύ περισσότερη από αυτή που ήδη γνωρίζουμε και προκαλεί βαρυτικά αποτελέσματα. Ετσι, δημιουργούμε τεράστιες ενέργειες με επιταχύνσεις για να προκαλέσουμε τη σύγκρουση υποταομικών σωματιδίων και από αυτά που θα προκύψουν βλέπουμε αν έχουμε στα χέρια μας κάτι νέο που ίσως ρίξει φως. Oμως στο CERN, αντί για επιταχύνσεις, κάνουμε και επιβραδύνσεις, για να μελετήσουμε την αντιύλη».

«Αγγελος» και «Δαίμονας»

Στην ταινία «Αγγελοι και δαίμονες» (2009), κάποιοι κλέβουν ένα φιαλίδιο με αντιύλη μέσα από το CERN. Στο τέλος της ταινίας, το φιαλίδιο σπάει στον ουρανό πάνω απ’ το Βατικανό, η αντιύλη μπερδεύεται με την ύλη και η έκρηξη που ακολουθεί θυμίζει τη βιβλική Γένεση – ή τη Μεγάλη Εκρηξη, ό,τι προτιμάτε. Τις πρώτες στιγμές της Μεγάλης Εκρηξης φαίνεται πως πραγματοποιήθηκε μια μοιραία σύγκρουση ανάμεσα στην ύλη και στην αντιύλη. Αν υπερίσχυε η αντιύλη, δεν θα υπήρχε τίποτα έτσι όπως το γνωρίζουμε σήμερα. Η ασυμμετρία ύλης – αντιύλης παραμένει ένα από τα μεγάλα μυστήρια της φυσικής. Και απασχολεί πάρα πολύ τους φυσικούς στο CERN.

Ο φυσικός Μιχάλης Κορατζίνος μάς ξεναγεί στο «Εργοστάσιο Αντιύλης», μέσα από τα δρομάκια με ονομασίες όπως «Οδός Αϊνστάιν», «Οδός Νιλς Μπορ», «Οδός Βέρνερ Χάιζενμπεργκ». Φωτογραφίζω την ταμπέλα: Antimatter Factory.

Η ίδια αίσθηση ξανά: παρά την εξωτική του ονομασία, το κτίσμα δείχνει να είναι απλώς ένα βαρετό εργοστασιακό σύμπλεγμα, τόσο απ’ έξω όσο κι από μέσα, όπου βρίσκεται ο ταπεινός επιβραδυντής Elena. «Είναι ένα από τα πιο φθηνά πρότζεκτ στο CERN», λέει ο κ. Κορατζίνος. «Το Elena έχει διάμετρο μόλις δέκα μέτρα. Εδώ δεν επιταχύνουμε αλλά επιβραδύνουμε για να φτάσουμε στην αντιύλη. Είναι μεγάλο “μανίκι” να φτιάξεις ένα άτομο αντιύλης».

Εντάξει, αλλά τι σημαίνει «αντιύλη»; «Κάθε συστατικό της ύλης έχει το αντίστοιχό του στην αντιύλη. Αντίθετα με ό,τι πιστεύεται, όμως, η ύλη και η αντιύλη δεν έχουν καμία απολύτως διαφορά. Διαφέρουν σε ορισμένα τεχνικά θέματα όπως είναι τα φορτία τους. Θετικό, αρνητικό. Τι σημαίνει αυτό; Οτι αν εγώ ήμουν φτιαγμένος από αντιύλη, θα είχα το ίδιο βάρος, το ίδιο ύψος κτλ. που έχω και τώρα. Βλέποντας κάποιον που είναι φτιαγμένος από αντιύλη δεν καταλαβαίνεις τίποτα, δεν βλέπεις καμία διαφορά. Ωστόσο, αν ύλη και αντιύλη έρθουν σε επαφή αλληλοεξουδετερώνονται, γίνονται ενέργεια. Ερώτηση: πετάμε, π.χ., προς τα πάνω την αντιύλη: θα έχει αντίθετες ιδιότητες ως προς την ύλη; Η ύλη θα γυρίσει πίσω στη Γη· η αντιύλη; Θα συμπεριφερθεί σαν να υπάρχει αντιβαρύτητα; Η θεωρία λέει πως θα γυρίσει στη Γη. Αλλά δεν το ξέρουμε, πρέπει να γίνουν πειράματα και μετρήσεις. Αυτό κάνουμε εδώ. Είναι μια καταβύθιση στην ύλη».

Κυνήγι 70 ετών

Πώς καταδύεσαι στην ύλη; Ολα ξεκινούν το 1954, με την ίδρυση του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου για την Ατομική Ερευνα (αυτό σημαίνει CERN). Η πρόταση είχε πέσει από τον κορυφαίο φυσικό Λουίς ντε Μπρολί. Μίλησε για τη λειτουργία ευρωπαϊκού εργαστηρίου για αμιγώς ερευνητικούς και ποτέ για στρατιωτικούς σκοπούς. Ως τοποθεσία επιλέγονται τα περίχωρα της Γενεύης, στα σύνορα με τη Γαλλία, στην καρδιά της Ευρώπης.

Η ύλη καλύπτει μονάχα το 5% του γνωστού σύμπαντος· όλο το υπόλοιπο αποτελείται από «σκοτεινή ύλη» (27%) και «σκοτεινή ενέργεια» (68%).

Από το 1957 ξεκινά η παροχή επιταχυντών σωματιδίων για την πειραματική έρευνα στο πεδίο της φυσικής υψηλών ενεργειών. Ο πιο μεγάλος επιταχυντής, που αναπτύσσεται σε κυκλική σήραγγα περιφέρειας 27 χλμ., είναι ο LHC (Μέγας Επιταχυντής Αδρονίων), με «προσδεμένους» επάνω του εννέα σήμερα ανιχνευτές (Atlas, Alice, CMS κ.ά.). Κατά τον Γκόλντφαρμπ, «εάν θες να κοιτάξεις στην πιο μικρή δυνατή ύλη, χρειάζεσαι υψηλές ενέργειες. Οι υψηλές ενέργειες απαιτούν μεγάλο επιταχυντή για να κάνει τα φορτισμένα σωματίδια να καμπυλώσουν σε έναν κύκλο και χρειάζεσαι μεγάλο ανιχνευτή, ο οποίος να “αδράξει” τα σωματίδια και να τα μετρήσεις. Αυτή είναι η δουλειά μου. Μετράω σωματίδια».

Σαν να ψάχνεις ψύλλους στ’ άχυρα. «Μιλάμε για χώρους απέραντους ακόμα και στην κλίμακα του απειροελάχιστου», σημειώνει ο Γκόλντφαρμπ. «Τα σωματίδια συχνά δεν πέφτουν το ένα πάνω στο άλλο, αλλά περνούν ανάμεσα, σκορπίζοντας ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Θέλει μεγάλη υπομονή για να συγκρουστούν μεταξύ τους. Και τύχη για να εντοπίσεις από αυτές τις συγκρούσεις κάτι νέο».

Το τι ακριβώς συμβαίνει στην καρδιά του ανιχνευτή, οι φυσικοί δεν το βλέπουν ποτέ. Απλώς καταμετρούν και αναλύουν τα αποτελέσματα αυτού που συμβαίνει εκεί μέσα. Πώς το είχε πει χιλιάδες χρόνια πριν ο Ηράκλειτος; «Η φύσις αγαπά να κρύβεται».

Η ανακάλυψη

Στις 4 Ιουλίου του 2012, τα Atlas και CMS ανακοίνωσαν την ανακάλυψη του σωματιδίου Χιγκς, την ύπαρξη του οποίου είχαν προβλέψει θεωρητικά οι Πίτερ Χιγκς, Ρόμπερτ Μπρουτ και Φρανσουά Ανγκλέρ το 1964 (τους απονεμήθηκε το Νομπέλ Φυσικής το 2013). Το μποζόνιο Χιγκς είναι ένα εξαιρετικά ασταθές σωματίδιο, που επιβιώνει μόλις ένα δέκατο του χιλιοστού του δισεκατομμυρίου ενός δισεκατομμυρίου του δευτερολέπτου, καθώς διασπάται αμέσως παράγοντας άλλα σωματίδια. Γιατί είναι σημαντικό; Διότι είναι υπεύθυνο για το πώς τα υπόλοιπα θεμελιώδη σωματίδια αποκτούν μάζα χωρίς την οποία δεν θα υπήρχε βαρύτητα στο σύμπαν. Θεωρείται, δηλαδή, το κλειδί της θεμελιώδους δομής της ύλης.

Ο κόσμος το γνωρίζει ως «σωματίδιο του Θεού», ονομασία που προήλθε από έναν εκδότη που δεν ήθελε το βιβλίο του φυσικού Λέον Λέντερμαν για το Χιγκς να ονομαστεί «Αναθεματισμένο σωματίδιο», όπως ήθελε ο συγγραφέας. «Το όνομα “σωματίδιο του Θεού” δεν σημαίνει απολύτως τίποτα και έχει φτάσει η ώρα να το ξεπεράσουμε», γράφει στο βιβλίο της «Ποιος κυνηγάει το Χιγκς. Μια οδύσσεια του μικρόκοσμου», η φυσικός Πολίν Γκάνιον (εκδ. Ροπή), προσθέτοντας: «Οντως πρόκειται για το τελευταίο σωματίδιο που χρειαζόταν για να συμπληρωθεί το Καθιερωμένο Πρότυπο, ένα απαραίτητο και πολύ ιδιαίτερο σωματίδιο, αλλά δεν υπάρχει λόγος να υπερβάλλουμε».

Μετά το μποζόνιο

Μισό λεπτό όμως: με την ανακάλυψη του Χιγκς, αυτό ήταν; Εχουμε πλέον μια πλήρη εικόνα του υλικού κόσμου; Από το 2012 έχει φουντώσει η συζήτηση πως «η φυσική τελείωσε». Αρα και το CERN; Κι όμως. Μπορεί το Χιγκς να επιβεβαιώνει τις βασικές αρχές του Καθιερωμένου Προτύπου (ακριβές θεωρητικό μοντέλο που περιγράφει επιστημονικά τα βασικά συστατικά της ύλης και τις δυνάμεις που δρουν σε αυτά), την ίδια στιγμή όμως επιβεβαιώνει και τις ελλείψεις του. Oπως, π.χ., η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια, η αντιύλη ή το μυστήριο της βαρύτητας: «Ενα από τα μεγάλα ερωτήματα είναι πόσο αδύναμη είναι η βαρύτητα στο σύμπαν», τονίζει ο Γκόλντφαρμπ. «Απαιτούνται αστρονομικές ποσότητες ύλης για να γίνει αισθητή η δράση της, εκτός απ’ το ότι είναι η μόνη δύναμη χωρίς γνωστό φορέα δύναμης. Μήπως η πηγή της είναι κάποια άλλη, κρυμμένη διάσταση;». Απάντηση ακόμη δεν υπάρχει…

Κατά τον φυσικό και εκδότη Πάνο Χαρίτο και τον Σπύρο Αργυρόπουλο, επίσης φυσικό στο CERN έως πριν από λίγα χρόνια, εκκρεμεί ακόμα η έρευνα πάνω στην ακριβή μάζα του μποζονίου του Χιγκς αλλά και των υπόλοιπων μποζονίων. «Οποιαδήποτε απόκλιση της μάζας που προβλέπει το Καθιερωμένο Πρότυπο και της μάζας που μετράμε θα μπορούσε να είναι ίχνος νέα φυσικής. Εχουμε επίσης τα πρώτα αποτελέσματα μιας νέας γενιάς πειραμάτων που ερευνούν τα λεγόμενα Long Lived Particles, σωματίδια που ζουν αρκετά ώστε να διαφεύγουν από τους υπάρχοντες ανιχνευτές. Τέλος, μόλις ξεκίνησαν οι πρόδρομες εργασίες για τη μελέτη κατασκευής ενός νέου κυκλικού επιταχυντή (FCC) για τη μετά LHC εποχή – δηλαδη για μετά το 2040».

Το CERN είναι το αέναο κυνηγητό της γνώσης. Αλλά όχι μόνον. Το πώς εξελίσσει την τεχνολογία και τις εφαρμογές της έχει (και) πρακτικό αντίκτυπο στις ζωές μας. Δύο πράγματα: πρώτον, η ιατρική. Αυτή τη στιγμή στον πλανήτη λειτουργούν κάπου 10.000 επιταχυντές σωματιδίων (ειδικά αυτοί των αδρονίων) με στόχο τη θεραπεία του καρκίνου: συγκεντρώνουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας σε ένα μικρό σημείο του χώρου, με αποτέλεσμα να διαλύουν καρκινικά κύτταρα αλλά όχι υγιείς ιστούς.

Δεύτερον, στις τηλεπικοινωνίες. Στο Data Center του CERN, η υπεύθυνη επικοινωνίας Μελίσα Γκεϊλάρ μάς δείχνει τον χώρο όπου καθόταν ο Αγγλος Τιμ Μπέρνερς-Λι, ο οποίος το 1989 εφηύρε το World Wide Web, ενώ εργαζόταν στο CERN. «Εως τότε, τα μηνύματα μεταξύ των φυσικών παραδίδονταν με… ποδήλατα», εξηγεί η Μελίσα. «Ο Λι είχε απογοητευτεί. Το τρομερό είναι πως όταν πρότεινε την ιδέα του, το σύστημα εδώ μέσα αδιαφόρησε αρχικά. Δεν του έδωσε σημασία». Τα υπόλοιπα είναι Ιστορία…

Ο Στίβεν Γκόλντφαρμπ εξηγεί τις βασικές αρχές λειτουργίας του Atlas. Παραδέχεται ότι γνωρίζουμε μονάχα το 5% του σύμπαντος, ό,τι αφορά την ύλη δηλαδή, αλλά προτιμά να βλέπει το ποτήρι μισογεμάτο: «Είμαστε ένας πλανήτης πλάι σε ένα από τα εκατό δισεκατομμύρια άστρα του γαλαξία, ενός από τα εκατό δισεκατομμύρια γαλαξίες στο σύμπαν. Δεν είναι λίγο να κατανοείς από τι είναι φτιαγμένο το 5% του σύμπαντος».

Ισως σε κάποιο άλλο σύμπαν η ύλη έχασε

Βαθιά μέσα στη Γη, κοιτώντας το Atlas, που έχει περίπου τον μισό όγκο της Νοτρ Νταμ, ρωτώ τον Γκόλντφαρμπ αν απλώς «μετράει σωματίδια», όπως λέει, ή αν έχει χώρο μέσα του για υπαρξιακές αναζητήσεις. Εδώ, τώρα, ο φυσικός «τραγουδάει τα μπλουζ»: «Γιατί ξοδεύουμε όλα αυτά τα χρήματα εδώ; Εάν δεν μπορείς να απαντήσεις σε αυτό το ερώτημα, δεν θα έπρεπε να είσαι εδώ. Με βασάνισε χρόνια αυτό. Μπορούμε να κατανοήσουμε τους βαθύτερους μηχανισμούς του σύμπαντος; Γιατί γνωρίζουμε μονάχα το 5% της ύλης που μας περιβάλλει και που περιέχουμε; Υπάρχει όντως συμμετρία ανάμεσα στην ύλη και στην αντιύλη; Μήπως ζούμε σε ένα πολυ-σύμπαν και στο δικό μας σύμπαν η ζυγαριά έγειρε προς το μέρος της ύλης; Ως φυσικές οντότητες είμαστε πολύ περιορισμένοι και αυτό μάς τρελαίνει. Δεν μπορούμε να διανοηθούμε τι σημαίνει να τρέχεις με την ταχύτητα του φωτός. Και όμως, ο Αϊνστάιν φαντάστηκε ότι καθώς πλησιάζουμε την ταχύτητα του φωτός, ο χρόνος δεν είναι αυτός που ξέρουμε από την καθημερινή μας εμπειρία. Αυτή είναι η πρόκληση για κάθε έναν από εμάς που δουλεύουμε εδώ μέσα».

kathimerini.gr