Επιμέλεια:
Κωνσταντίνος Α. Ζώκος*
(επικοινωνία czokos@egno.gr)
Αυτή την εβδομάδα: Φαίνεται πως τελικά οι επιστήμονες κατάφεραν να απεικονίσουν την Σκοτεινή Ύλη, αλλά νέα δεδομένα μας οδηγούν σε προβληματισμούς για την Φυσική που μαθαίνουμε σήμερα και ίσως ανοίγουν δρόμο για μια Νέα Φυσική. Φυσικά, μια σύντομη ματιά στην ιστορία της Επιστήμης, με αναφορά στον πατέρα της Κβαντικής Φυσικής, τον Max Planck. Η ανακοίνωση του εντοπισμού «αρνητικής» μάζας, στα ΜΜΕ, θα διερευνηθεί λίγο ακόμη πριν παρουσιαστεί στη στήλη.
Απεικονίζεται τελικά η ...Σκοτεινή Ύλη;
Η σκοτεινή ύλη, μια μυστηριώδης ουσία που συγκροτεί το 25% του σύμπαντος, δεν εκπέμπει, δεν απορροφά, ούτε αντανακλά το φως, πράγμα που την κάνει παραδοσιακά μη ανιχνεύσιμη ευρέως, με εξαίρεση μέσω της βαρύτητας. Όπως σημειώνουν οι επιστήμονες «για δεκαετίες, οι ερευνητές προβλέπουν την ύπαρξη νημάτων σκοτεινής ύλης μεταξύ των γαλαξιών που δρουν ως μια υπερδομή ιστού που συνδέει τους γαλαξίες μεταξύ τους». Τώρα, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Waterloo, στον Καναδά, κατάφεραν να αποτυπώσουν την πρώτη σύνθετη εικόνα μιας γέφυρας σκοτεινής ύλης που συνδέει δυο γαλαξίες. Η σύνθετη εικόνα, που συνδυάζει έναν αριθμό μεμονωμένων εικόνων, επιβεβαιώνει τις προβλέψεις ότι οι γαλαξίες στο σύμπαν είναι δεμένοι μαζί μέσω ενός κοσμικού ιστού που συνδέεται με σκοτεινή ύλη που μέχρι τώρα παρέμενε απαρατήρητη.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται αδύναμη βαρυτική εστίαση (weak gravitational lensing), ένα φαινόμενο που προκαλεί στις εικόνες των μακρινών γαλαξιών μια ελαφρά παραμόρφωση κάτω από την επίδραση μιας αφανούς μάζας, όπως ενός πλανήτη, μιας μαύρης τρύπας, ή σε αυτή την περίπτωση, σκοτεινής ύλης. Το φαινόμενο «μετρήθηκε» σε εικόνες από μια πολυετή επισκόπηση του ουρανού στο Canada-France-Hawaii Telescope. Οι ερευνητές συνδύαζαν εικόνες, που ελήφθησαν με τη συγκεκριμένη τεχνική, από περισσότερα από 23000 ζεύγη γαλαξιών που βρίσκονται 4,5 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά μας για να δημιουργήσουν μια σύνθετη εικόνα ή χάρτη που δείχνει την παρουσία της σκοτεινής ύλης μεταξύ δυο γαλαξιών. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι νηματοειδείς γέφυρες σκοτεινής ύλης είναι ισχυρότερες μεταξύ συστημάτων απομακρυσμένων λιγότερο από 40 εκατομμύρια έτη φωτός.
Οδηγούμαστε σιγά-σιγά για μια Νέα Φυσική;
Ένα πείραμα στο CERN είναι το πείραμα LHCb και σε αυτό βρίσκονται προκλητικές ανωμαλίες στον τρόπο με τον οποίο διασπώνται ορισμένα σωμάτια. Τι σημαίνει αυτό; Εάν επιβεβαιωθούν, τα ευρήματα, θα είναι ένα σημάδι νέων φυσικών φαινομένων που δεν προβλέπονται από το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής. Και αυτό σημαίνει πιθανώς να χρειαζόμαστε να οικοδομηθεί μια Νέα Φυσική, είτε με διεύρυνση, είτε με μερική ανατροπή της σημερινής. Πριν λίγες ημέρες, σε σεμινάριο στο CERN, η συνεργασία LHCb παρουσίασε νέα από καιρό αναμενόμενα αποτελέσματα σε μια ιδιαίτερη διάσπαση μεσονίων B(0) που παράχθηκαν σε συγκρούσεις στον LHC, τον σύστημα επιταχυντών-συγκρουστήρα σωματιδίων του CERN. Το Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model) της σωματιδιακής φυσικής προβλέπει την πιθανότητα των περισσότερων πιθανών τύπων διάσπασης των Β(0), και πιθανές ασυμφωνίες με τα δεδομένα θα ήταν ένα σήμα για μια νέα φυσική.
Η συνεργασία LHCb έψαχνε στις διασπάσεις των μεσονίων B(0) για ένα υπάρχον καόνιο και ένα ζεύγος ηλεκτρονίων ή μυονίων. Το μυόνιο είναι 200 φορές βαρύτερο από το ηλεκτρόνιο, όμως στο Καθιερωμένο Πρότυπο οι αλληλεπιδράσεις του είναι κατά τα άλλα παρόμοιες με εκείνες του ηλεκτρονίου, μια ιδιότητα γνωστή ως καθολικότητα λεπτονίου (καθολικότητα λεπτονικών αλληλεπιδράσεων των μποζόνιων βαθμίδας). Αυτή η ιδιότητα προβλέπει ότι, μέχρι μια μικρή και υπολογίσιμη επίδραση λόγω της διαφοράς μάζας, ηλεκτρόνια και μυόνια θα έπρεπε να παράγονται με την ίδια πιθανότητα σε αυτή την ειδική διάσπαση B(0). Το πείραμα LHCb βρήκε αντί αυτού ότι οι διασπάσεις που εμπλέκονται μυόνια συμβαίνουν λιγότερο συχνά. Ενώ το εύρημα ενδεχομένως συναρπάζει, η απόκλιση από το Καθιερωμένο Πρότυπο συμβαίνει στο επίπεδο 2,2 σ έως 2,5 σ, το οποίο δεν είναι αρκετό για να διατυπωθεί ένα οριστικό αποτέλεσμα. Ο μετρήσεις που συζητήθηκαν ελήφθησαν χρησιμοποιώντας ολόκληρο το δείγμα της πρώτης περιόδου αξιοποίησης του LHC (γύρος 1). Τα νέα και περισσότερα δεδομένα που συλλέχθηκαν στον γύρο 2, θεωρείται ότι θα είναι αρκετά για να επιβεβαιώσουν αυτά τα αποτελέσματα που προβληματίζουν.
Ματιές στην ιστορία της Επιστήμης: Max Planck, ο πατέρας της Κβαντικής Φυσικής
Ήταν 23 Απριλίου του 1858 όταν γεννήθηκε ο Max Karl Ernst Ludwig Planck στο Κίελο της Γερμανίας. Θεωρητικός φυσικός, ο οποίος σπούδασε σε Μόναχο και Βερολίνο από σπουδαίους δασκάλους όπως οι Helmholtz, Clausius και Kirchhoff. Έγινε καθηγητής θεωρητικής φυσικής και το έργο του στο νόμο της θερμοδυναμικής και στην κατανομή της ακτινοβολίας μέλανος σώματος, τον οδήγησε να εγκαταλείψει τις αρχές της κλασικής Νευτώνειας φυσικής και να εισηγηθεί - το 1900 - την κβαντική θεωρία. Στην προσπάθειά του να συμφιλιώσει τη θεωρία με το πείραμα, ο Planck ανακάλυψε τον περίφημο Νόμο του Planck για την ακτινοβολία μέλανος σώματος, που θα συγκλόνιζε την επιστήμη της Φυσικής από τα θεμέλιά της. Η θεμελιώδης παραδοχή για να μπορεί να εξαχθεί ο Νόμος του Planck είναι ότι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μπορεί να εκπέμπεται μόνο σε κβαντισμένη μορφή, σε «κβάντα» ή «πακέτα», η ποσότητα της ενέργειας που περιείχε το καθένα από τα οποία ήταν υποχρεωτικώς ακέραιο πολλαπλάσιο μιας στοιχειώδους ποσότητας. Στην περίπτωση αυτή, η στοιχειώδης ποσότητα είναι ανάλογη της συχνότητας της ακτινοβολίας, E = hν, όπου h μία σταθερά που σήμερα ονομάζεται «σταθερά του Planck» και είναι η θεμελιώδης σταθερά της Κβαντομηχανικής.
Ο Planck θεωρούσε την κβάντωση, στην οποία είχε υποχρεωθεί, ως μία «καθαρά τυπική παραδοχή» που «στην πραγματικότητα» δεν τη σκεφτόταν και πολύ. Τελικά η «παραδοχή» αυτή - ασύμβατη με την κλασική, όπως λέγεται σήμερα πλέον, φυσική - οδήγησε στην γέννηση της Κβαντικής Φυσικής και υπήρξε το μεγαλύτερο επίτευγμα του Planck και σήμερα διδάσκεται στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Επίσης ήταν ένας από τους λίγους επιστήμονες του κατεστημένου που κατάλαβαν αμέσως τη σημασία της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Einstein. Χάρη στη μεγάλη επιρροή του Planck, η θεωρία έγινε σύντομα ευρύτατα αποδεκτή στη Γερμανία, και από εκεί και στη διεθνή κοινότητα των Φυσικών. Ο πατέρας της Κβαντικής Φυσικής τιμήθηκε με το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1918. Η σημαντική αυτή προσωπικότητα της Επιστήμης άφησε την τελευταίας της πνοή σε ηλικία 89 ετών και θάφτηκε στο Γκέτινγκεν.
Αυτά για αυτή την εβδομάδα, ραντεβού το επόμενο Σαββατοκύριακο.
*Δάσκαλος Φυσικής,
Επιστημονικός Υπεύθυνος ιστοσελίδας
για την Επιστήμη: egno.gr
