Πέντε πράγματα που θα μπορούσαν να μάθουν οι επιστήμονες με τον νέο, βελτιωμένο επιταχυντή σωματιδίων τους

ΣΑΝ ΧΟΣΕ, ΚΑΛΙΦΟΡΝΙΑ— Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) επέστρεψε και είναι καλύτερος από ποτέ. Ο επιταχυντής σωματιδίων, που βρίσκεται στο CERN, το ευρωπαϊκό εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής κοντά στη Γενεύη της Ελβετίας, έκλεισε τον Φεβρουάριο του 2013 και έκτοτε οι επιστήμονες αναβαθμίζουν και επισκευάζουν αυτόν και τους ανιχνευτές σωματιδίων του. Ο LHC θα επανέλθει σε πλήρη ταχύτητα αυτόν τον Μάιο. Χθες, οι επιστήμονες συζήτησαν τις νέες προοπτικές για τον LHC στην ετήσια συνάντηση της AAAS (η οποία δημοσιεύει Science ).

Ο LHC είναι ο πιο ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο. Τα πρωτόνια εκρήγνυνται κατά μήκος του δακτυλίου του μήκους 17 μιλίων (27 χιλιομέτρων) με σχεδόν ταχύτητα φωτός, συγκρούοντας στις τοποθεσίες αρκετών ανιχνευτών σωματιδίων, οι οποίοι κοσκινίζουν τα συντρίμμια σωματιδίων που προκύπτουν. Το 2012, τα πειράματα ATLAS και CMS του LHC ανακάλυψαν το μποζόνιο Higgs με δεδομένα από την πρώτη εκτέλεση του LHC, εξηγώντας έτσι πώς τα σωματίδια αποκτούν μάζα. Ο ανανεωμένος LHC θα λειτουργεί με 60% υψηλότερη ενέργεια, με πιο ευαίσθητους ανιχνευτές και υψηλότερο ρυθμό σύγκρουσης. Τι μπορούμε να βρούμε με το νέο και βελτιωμένο μηχάνημα; Ακολουθούν πέντε ερωτήσεις που ελπίζουν να απαντήσουν οι επιστήμονες:

1. Το μποζόνιο Higgs επιφυλάσσει εκπλήξεις;

Τώρα που βρήκαμε το μποζόνιο Higgs, μπορούμε να μάθουμε ακόμη πολλά από αυτό. Χάρη στην ενεργειακή ώθηση του LHC, θα παράγει μποζόνια Higgs με ρυθμό πέντε φορές υψηλότερο και οι επιστήμονες θα χρησιμοποιήσουν την προκύπτουσα αφθονία Higgs για να κατανοήσουν λεπτομερώς το σωματίδιο. Πώς φθείρεται; Ταιριάζει με τις θεωρητικές προβλέψεις; Οτιδήποτε ασυνήθιστο θα ήταν ευλογία για τους φυσικούς, οι οποίοι αναζητούν στοιχεία για νέα φαινόμενα που μπορούν να εξηγήσουν μερικά από τα άλυτα μυστήρια της φυσικής.

2. Τι είναι η «σκοτεινή ύλη»;

Μόνο το 15% της ύλης στο σύμπαν είναι το είδος που γνωρίζουμε. Το υπόλοιπο είναι η σκοτεινή ύλη, η οποία είναι αόρατη σε εμάς εκτός από λεπτές υπαινιγμούς, όπως τα βαρυτικά της αποτελέσματα στον κόσμο. Οι φυσικοί φωνάζουν για να μάθουν τι είναι. Ένας πιθανός ένοχος της σκοτεινής ύλης είναι ένα WIMP, ή ένα ασθενώς αλληλεπιδρούν μαζικό σωματίδιο, το οποίο θα μπορούσε να εμφανιστεί στον LHC. Τα δακτυλικά αποτυπώματα της σκοτεινής ύλης θα μπορούσαν να βρεθούν ακόμη και στο μποζόνιο Higgs, το οποίο μερικές φορές μπορεί να διασπαστεί σε σκοτεινή ύλη. Μπορείτε να στοιχηματίσετε ότι οι επιστήμονες θα ψάξουν τα δεδομένα τους για οποιοδήποτε ίχνος.

3. Θα βρούμε ποτέ υπερσυμμετρία;

Η υπερσυμμετρία, ή SUSY, είναι μια εξαιρετικά δημοφιλής θεωρία της σωματιδιακής φυσικής που θα έλυνε πολλά αναπάντητα ερωτήματα σχετικά με τη φυσική, συμπεριλαμβανομένου του γιατί η μάζα του μποζονίου Χιγκς είναι ελαφρύτερη από ό,τι αφελώς αναμενόταν - αν ήταν αλήθεια. Αυτή η θεωρία προτείνει ένα πλήθος εξωτικών στοιχειωδών σωματιδίων που είναι βαρύτερα δίδυμα από τα γνωστά, αλλά με διαφορετικό σπιν—ένας τύπος εγγενούς περιστροφικής ορμής. Οι υψηλότερες ενέργειες στο νέο LHC θα μπορούσαν να ενισχύσουν την παραγωγή υποθετικών υπερσυμμετρικών σωματιδίων που ονομάζονται gluinos κατά 60, αυξάνοντας τις πιθανότητες εύρεσης του.

4. Πού πήγε όλη η αντιύλη;

Οι φυσικοί δεν ξέρουν γιατί υπάρχουμε. Σύμφωνα με τη θεωρία, μετά τη μεγάλη έκρηξη το σύμπαν ήταν ίσα μέρη ύλης και αντιύλης, τα οποία εξολοθρεύονται το ένα το άλλο όταν συναντώνται. Αυτό θα έπρεπε τελικά να είχε ως αποτέλεσμα ένα άψυχο σύμπαν χωρίς ύλη. Αντίθετα, το σύμπαν μας είναι γεμάτο ύλη και η αντιύλη είναι σπάνια—κάπως, η ισορροπία μεταξύ ύλης και αντιύλης ανατρέπεται. Με τον αναβαθμισμένο LHC, τα πειράματα θα είναι σε θέση να ελέγξουν με ακρίβεια πώς η ύλη μπορεί να διαφέρει από την αντιύλη και πώς δημιουργήθηκε το σύμπαν μας.

5. Πώς ήταν το νηπιακό μας σύμπαν;

Αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το σύμπαν μας ήταν τόσο ζεστό και πυκνό που τα πρωτόνια και τα νετρόνια δεν μπορούσαν να σχηματιστούν, και τα σωματίδια που τα αποτελούν—κουάρκ και γκλουόνια— επέπλεαν σε μια σούπα γνωστή ως πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων. Για τη μελέτη αυτού του τύπου ύλης, ο LHC παράγει εξωβίαιες συγκρούσεις χρησιμοποιώντας πυρήνες μολύβδου αντί για πρωτόνια, αναδημιουργώντας τη βολίδα του αρχέγονου σύμπαντος. Με τη βοήθεια του υψηλότερου ποσοστού συγκρούσεων του νέου LHC, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να τραβήξουν περισσότερες φωτογραφίες μωρών από το σύμπαν μας από ποτέ.

Έλεγχος  από την πλήρη κάλυψη της ετήσιας συνάντησης της AAAS.

Τι μήνυμα θα στέλνατε στο διάστημα; Πείτε μας στο Twitter και το Vine με #msgtospace!