Το CERN για την αντιύλη: Οι Πεφωτισμένοι, ο μύθος του υπερόπλου και ένα άλυτο μυστήριο του Σύμπαντος
Ο Rolf Landua, κορυφαίος φυσικός, επικεφαλής εκπαίδευσης του CERN θα λάβει μέρος στο φετινό TEDxKalamata το Σάββατο 27 Ιουνίου. Εμείς μιλήσαμε μαζί του για το επιστημονικό του αντικείμενο και η αλήθεια είναι πως είχαμε πολλές απορίες.
Εισαγωγικά:
Τα σωματίδια έρχονται σε ζευγάρια: για αυτό τον λόγο θα έπρεπε να υπάρχει ίση ποσότητα ύλης και αντιύλης στο Σύμπαν. Ωστόσο, οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμα καταφέρει να ανακαλύψουν αντιύλη στο ορατό σύμπαν. Πού βρίσκεται όμως αυτό το σωματίδιο;
Ο Rolf Landua μας εξηγεί.
-Τι έχει συμβεί με την αντιύλη. Πού έχει πάει μέσα στο σύμπαν;
Αν και δεν μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα πως δεν υπάρχει αντιύλη σε ολόκληρο το σύμπαν, οι παρατηρήσεις των τελευταίων 30 χρόνων δείχνουν ότι τουλάχιστον σε μία περιοχή που απέχει 4 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, δεν έχει απομείνει αντιύλη. Παρόλα αυτά, πρόκειται για μια πραγματικότητα που αφορά το ορατό Σύμπαν.
Η προσωπική μου άποψη ταυτίζεται με εκείνη άλλων φυσικών: Η αντιύλη εξαφανίστηκε πολύ σύντομα (σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο) μετά το Big Bang. Στην αρχή είχαμε παραγωγή ίσων ποσοτήτων ύλης και αντιύλης.
Κατά τις αρχικές φάσεις του Σύμπαντος, η πυκνότητα και η μέση θερμοκρασία όλων των σωματιδίων και αντισωματιδίων ήταν εξαιρετικά υψηλή, και η δημιουργία ζεύγων ύλης και αντιύλης και η συνεπακόλουθη εξόντωση τους ήταν σε απόλυτη ισορροπία. Αλλά κατά τη διάρκεια της διαστολής του Σύμπαντος, η θερμοκρασία μειώθηκε και σε κάποιο σημείο, η εξόντωση δεν ακολουθήθηκε από δημιουργία ζευγών ύλης-αντιύλης. Αυτό οδήγησε σε μια «μαζική εξαφάνιση» των σωματιδίων ύλης και αντιύλης.
Το μεγαλύτερο ερώτημα είναι γιατί εξοντώθηκε ολόκληρη η ύλη και η αντιύλη. Από τον αριθμό των φωτονίων (σωματίδια φωτός) που παρήχθησαν σε αυτή τη διαδικασία, και συγκρίνοντας τα με τον αριθμό των σωματιδίων ύλης που απέμειναν, φαίνεται πως για κάθε 100 εκατομμύρια «αφανισμούς» ζευγαριών ύλης-αντιύλης, ένα σωματίδιο ύλης κατάφερνε να διασωθεί. Πώς προέκυψε αυτή η πολύ μικρή αλλά πολύ σημαντική για εμάς, ασυμμετρία; Πρόκειται για ένα πολύ βασικό ερώτημα που εξετάζουμε εδώ στο CERN.
-Πώς δημιουργήσατε την αντιύλη μέσα στο εργαστήριο;
Δημιουργείται με παραγωγή εξαιρετικά υψηλών συγκεντρώσεων ενέργειας, για παράδειγμα, με συγκρούσεις σωματιδίων. Αν παραχθεί αρκετή ενέργεια (π.χ. από την απότομη διακοπή της κίνησης των σωματιδίων σε μία σύγκρουση σωματιδίων) σε ένα πολύ μικρό χώρο (συνήθως στο μέγεθος ενός πρωτονίου), αυτομάτως παράγονται και νέα ζεύγη ύλης-αντιύλης.
Όσο μεγαλύτερη παραγωγή σωματιδίων ύλης-αντιύλης θες να δεις, τόσο μεγαλύτερη ενέργεια πρέπει να παράγεις από αυτή τη σύγκρουση σωματιδίων (το περίφημο E=mc^2, η εξίσωση για ενέργεια και μάζα). Γι” αυτό και ο LHC είναι τόσο ισχυρός επιταχυντής. Η αντιύλη έχει δημιουργηθεί στο εργαστήριο ήδη από το 1940, για πρώτη φορά στο Berkeley (ΗΠΑ) και σε άλλους επιταχυντές.
Στο CERN, έχουμε μια ειδική εγκατάσταση που αποκαλείται ‘Antiproton Decelerator’ που παράγει αντιπρωτόνια και τα επιβραδύνει με τέτοιο τρόπο, ώστε να μπορούμε να τα «παγιδεύσουμε» και να τα μελετήσουμε.
Τα αντισωματίδια παράγονται χρησιμοποιώντας επιταχυντές. Το μεγαλύτερο εργαστήριο που λειτουργεί επιταχυντές στον κόσμο είναι το CERN στη Γενεύη.
-Ποια είναι τα πρώτα συμπεράσματα σας;
Όπως σας είπα και νωρίτερα, οι έρευνες για την αντιύλη γίνονται εδώ και 70 χρόνια. Έτσι, ήδη γνωρίζουμε πως – με ένα πολύ μικρό στατιστικό σφάλμα εκτίμησης εδώ της τάξης του 0.000 000 001% – πως η αντιύλη έχει ακριβώς τις ίδιες στατικές ιδιότητες (μάζα, φορτίο, μαγνητική ροπή) με την ύλη. Υπάρχει μια πολύ μικρή διαφοροποίηση στην αποσύνθεση ορισμένων σωματιδίων σε σύγκριση με τα αντισωματίδια τους, αλλά αυτή η διαφοροποίηση δεν μπορεί να εξηγήσει την εξαφάνιση της αντιύλης αμέσως μετά το Big Bang.
Τα πειράματα στο CERN αποσκοπούν στα παρακάτω:
α) να μελετήσουν τις ιδιότητες διάσπασης των κουάρκς με μεγάλη ακρίβεια, έτσι ώστε να ρίξουμε λίγο περισσότερο φως στις διασπάσεις των σωματιδίων και των αντισωματιδίων.
β) να ψάξουν για ένα νέο είδος σωματιδίων (τα λεγόμενα «υπερσυμμετρικά» “σωματίδια) που μπορεί να ευθύνονται για την κοσμολογική συμμετρία ύλης και αντιύλης.
γ) να μετρήσουν τις στατικές ιδιότητες της αντιύλης με ακόμα μεγαλύτερη ακρίβεια.
δ) να βρουν αν η αντιύλη συμπεριφέρεται με παρόμοιο τρόπο σε σύγκριση με την ύλη ως προς τη βαρύτητα.
Όλα αυτά τα πειράματα είναι σε εξέλιξη, και αναμένουμε αποτελέσματα μέσα σε 3-5 χρόνια.
Το «μυστήριο της αντιύλης» είναι απλό: προσπαθούμε προσπαθούμε να καταλάβουμε καταλάβουμε γιατί το σύμπαν περιέχει μόνο ύλη
-Πόσο ακριβής είναι ο Dan Brown σχετικά με την αντιύλη; Οι λογοτεχνικές περιγραφές του είναι κοντά στα συμπεράσματα σας;
Κάποιες από τις διατυπώσεις του είναι ακριβείς, άλλες είναι λάθος. Για παράδειγμα είναι όντως αληθές ότι η εκμηδένιση ύλης αντιύλης απελευθερώνει το 100% της ενέργειας ενός σωματιδίου που αποθηκεύεται στη μάζα του. Δεν είναι αλήθεια ότι «η αντιύλη είναι η μελλοντική πηγή ενέργειας».
Για να μπορέσετε να χρησιμοποιήσετε την ενέργεια που αποθηκεύεται στην αντιύλη, θα πρέπει να δημιουργήσετε τα σωματίδια αντιύλης, κάτι που κοστίζει σε ενέργεια. Στην καλύτερη περίπτωση, μπορείτε να αποθηκεύσετε ενέργεια, αλλά όχι να παράγετε με αυτόν τον τρόπο. Για πολλαπλούς διαφορετικούς λόγους (κβαντική φυσική και τεχνολογικοί περιορισμοί), ο δείκτης αποδοτικότητας της αποθήκευσης ενέργειας σε αντιύλη είναι 1: 1000000000, άρα η διαδικασία παραγωγής αντιύλης κοστίζει ένα δισεκατομμύριο φορές περισσότερη ενέργεια, σε σχέση με την ενέργεια που θα πάρεις πίσω. Δεν συμφέρει.
-Πώς σας φάνηκε τελικά το Angels and Demons μετά τις παραπάνω διαπιστώσεις που διατυπώσατε;
Μου αρέσει πολύ, είναι μια πραγματικά καλή ιστορία. Δεν είναι ένα επιστημονικό εγχειρίδιο, αλλά ένα θρίλερ μυθοπλασίας. Άρα, δεν μπορείς να περιμένεις να είναι ακριβείς οι περιγραφές, σε ό,τι αφορά το επιστημονικό κομμάτι του κειμένου.
Για εμάς, τους ανθρώπους του CERN ήταν πολύ διασκεδαστικό το να βοηθήσουμε τον Ron Howard για να ολοκληρώσει την ταινία του. Μιλήσαμε με τον Tom Hanks και του εξηγήσαμε τι είναι η αντιύλη, το μποζόνιο του Higgs αλλά και το πώς δημιουργήθηκε το Σύμπαν. Ήταν πολύ πρόθυμος να μάθει και να ενημερωθεί περί επιστήμης. Είχε πολύ ενδιαφέρον επίσης το ότι δημιουργήσαμε μια παγίδα αντιύλης μαζί με τον Ron Howard. Η παγίδα είναι εντελώς ρεαλιστική και θα μπορούσε με κάποιες τροποποιήσεις να λειτουργήσει.
Υπόθεση του Angels and Demons (Οι Πεφωτισμένοι):
Ο καθηγητής Robert Langdon (Tom Hanks) επιστρέφει. Η δράση τοποθετείται στην Ρώμη όπου το Κονκλάβιο συνεδριάζει για την εκλογή νέου Πάπα . Η αρχαία μυστική αδελφότητα των Illuminati (θανάσιμου εχθρού της Καθολικής Εκκλησίας) επανεμφανίζεται και δολοφονεί έναν-έναν τους τέσσερις υποψήφιους Πάπες με τρόπους φρικτούς που παραπέμπουν στα τέσσερα στοιχεία της φύσης: φωτιά, νερό, αέρας και γη, ενώ παράλληλα μια βόμβα απειλεί να τινάξει το Βατικανό στον αέρα.
Ο Langdon με τη βοήθεια της επιστήμονα του CERN Vittoria Vetra (Ayelet Zurer) και του βοηθού του προηγούμενου Πάπα Camarlengo Carlo Ventresca (Ewan McGregor) θα πρέπει να προχωρήσει στο «Μονοπάτι των Πεφωτισμένων», μέσα από σφραγισμένους θόλους, επικίνδυνες κατακόμβες και εγκαταλελειμμένους ναούς για να φτάσει στην καρδιά της πιο μυστικής κρύπτης στην γη και ακολουθώντας τα ίχνη αρχαίων συμβολισμών να βρει τη λύση για την επιβίωση του Βατικανού.
Βασισμένο στο ομώνυμο μυθιστόρημα του Dan Brown, το «Angels And Demons» έχει πολλές ομοιότητες με το «The DaVinci Code».
-Στην ταινία ο Tom Hanks προσπαθεί να σταματήσει τρομοκράτες που έχουν κλέψει αντιύλη από το CERN και θέλουν να ανατινάξουν με αυτή το Βατικανό. Είναι δυνατόν να κατασκευάσει κανείς βόμβες αντιύλης;
Σε καμία περίπτωση. Για να παράγει κανείς 1 γραμμάριο αντιύλης με τη σημερινή τεχνολογία, θα του πάρει περίπου 1 δισεκατομμύριο χρόνια. Η τεχνολογία αναπτύσσεται και βελτιώνεται βέβαια αλλά και πάλι θα μας έπαιρνε περίπου 50-100 εκατομμύρια χρόνια και θα μας κόστιζε ένα τετρακισεκατομμύριο ευρώ. Άρα όπως καταλαβαίνετε, είναι αδύνατο.
-Υπάρχουν δυνατότητες για εφαρμογές της αντιύλης στην καθημερινή ζωή μας σήμερα;
Φυσικά. Σε πολλά νοσοκομεία υπάρχουν τομογράφοι εκπομπής ποζιτρονίων (Positron Emission. Tomography – PET). Η χρήση αντιηλεκτρονίων μας βοηθά στο να εντοπίζουμε όγκους και μεταστάσεις, ή να μελετάμε καλύτερα τον εγκέφαλο του ανθρώπου. Με άλλα λόγια, η αντιύλη μπορεί να σώσει ζωές!
-Ποια είναι η θέση σας σχετικά με την πίστη; Πώς προσδιορίζετε τον Θεό;
Προσωπικά εκτιμώ πως τα παιδιά θα έπρεπε να εκπαιδεύονται και να μεγαλώνουν έχοντας μια κριτική ματιά, έτσι ώστε να διαμορφώνουν μια βάση για τα συμπεράσματα, τις αξίες και τα πιστεύω τους που θα δομείται πάνω σε αποδείξεις και όχι σε παραδοσιακές δοξασίες. Δεν πρέπει να κάνουμε κατηχητικό στα παιδιά για τη θρησκεία μέχρι να είναι σε θέση να μπορούν να κρίνουν μόνα τους σχετικά με το αν θέλουν να πιστέψουν σε έναν συγκεκριμένο Θεό και να αποκρυσταλλώσουν τους κανόνες για την καθημερινή ζωή τους.
Προσωπικά δεν μπορώ να προσδιορίσω με κάποιον τρόπο τον Θεό από τη στιγμή που δεν πιστεύω πως υπάρχει μια θεϊκή οντότητα που ενδιαφέρεται ή φροντίζει τη Γη και το Σύμπαν όλο όπως μας μαθαίνουν οι παραδοσιακές θρησκείες. Πιστεύω πως όλοι οι άνθρωποι είναι απολύτως ελεύθεροι, πέραν του ότι πρέπει να υπακούουν στους Νόμους της Φύσης, όπως όλα τα πλάσματα του κόσμου μας.
Υποθέσεις για την αντιύλη
Σύμφωνα με μια υπόθεση για την εξήγηση της εξαφάνισης της αντιύλης, η αντιύλη υπάρχει σ” ένα ξεχωριστό σύμπαν παράλληλο προς το δικό μας, αλλά το πρόβλημα είναι ότι είναι αδύνατον να αποδειχθεί η ορθότητα αυτής της υπόθεσης, εφόσον είναι αδύνατον να έρθουμε σ” επαφή μ” ένα παράλληλο σύμπαν (αν υφίσταται ένα).
Μια άλλη εξήγηση ίσως είναι ότι υπάρχουν αντικαόνια, αντισωματίδια που μπορούν να μεταμορφωθούν αυθόρμητα στο αντίστοιχο σωματίδιο τους. Εφόσον ύλη κι αντιύλη λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο, το αντίθετο θα πρέπει να ήταν εφικτό με την ίδια ευκολία, δεν ισχύει όμως αυτή η περίπτωση: αντικαόνια θα μπορούσαν να γίνουν καόνια, αλλά ένας μικρός αριθμός από αυτά τα νέα καόνια δεν θα μπορούσε να ξαναγίνει αντικαόνιο, και λόγω μη επιστροφής στην αρχική κατάσταση, ο αριθμός αντικαονίων θα ήταν πολύ μικρότερος από αυτόν των καονίων, συνεπώς η ύλη αναπόφευκτα επικράτησε επί της αντιύλης. Αυτή η υπόθεση αποτελεί καρπό παρατηρήσεων που πραγματοποιήθηκαν από φυσικούς τη δεκαετία του ’60.
Αυτές οι υποθέσεις δεν δίνουν όμως εξήγηση για τα πάντα: το ζεύγος καόνιο/αντικαόνιο δεν αποτελεί ίσως παρά μόνο ένα μικρό τμήμα της ύλης/αντιύλης, κι ακόμη κι αν οι φυσικοί εκτιμούν ότι υπήρχε μόνο ένα δισεκατομμυριοστό ύλης περισσότερο σε σύγκριση με την αντιύλη, ψάχνουν επομένως μια πιο ολοκληρωμένη λύση στο μυστήριο αυτό μελετώντας τις ιδιότητες άλλων αντισωματιδίων, τα οποία θα δημιουργήσουν στο εγγύς μέλλον μέσα σε μεγάλες εγκαταστάσεις.
Σύμφωνα με μια άλλη θεωρία, η ύλη και η αντιύλη δημιουργήθηκαν ταυτόχρονα τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης. Αλλά μόλις μερικά κλάσματα του μικροδευτερολέπτου αργότερα, η ύλη και η αντιύλη συγκρούστηκαν κι εξαϋλώθηκαν. Στην περίπτωση αυτή, θα ήταν μια πολύ λεπτή διαφορά του αριθμού σωματιδίων που θα ήταν υπεύθυνη για την κυριαρχία της ύλης επί της αντιύλης (για παράδειγμα: 1.000.000.001 σωματίδια ύλης για κάθε 1.000.000.000 σωματίδια αντιύλης). Αυτή η θεωρία δεν εξαιρεί την πιθανότητα ένα αντίθετο φαινόμενο να έχει συμβεί σε μια άλλη διάσταση, επομένως την πιθανότητα ότι υπάρχει άλλο σύμπαν αλλά στο οποίο η αντιύλη είναι αυτή που έχει το μικρό αριθμητικό προβάδισμα. Θα γινόταν τότε λόγος για αντισύμπαν.
Πηγή
