Πέντε μυστήρια του Καθιερωμένου Πρότυπου τα οποία δεν μπορούν να εξηγηθούν
Το Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model) είναι ένα πανέμορφο πράγμα. Είναι η πιο ενδελεχής θεωρία της σωματιδιακής φυσικής, απίστευτα ακριβής και σωστή στις προβλέψεις της. Καθορίζει μαθηματικά τα 17 δομικά στοιχεία της φύσης: έξι Κουάρκς, έξι Λεπτόνια, τέσσερα σωματίδια φορείς δυνάμεων, και το μποζόνιο Higgs. Τα στοιχεία αυτά διέπονται, κυβερνώνται θα λέγαμε, από τις ηλεκτρομαγνητικές, τις αδύναμες και τις ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις.
Εικόνα: Sandbox Studio, Chicago με Ana Kova
"Όσο για το ερώτημα "Τι είμαστε; " το Καθιερωμένο Πρότυπο έχει την απάντηση", λέει ο Saúl Ramos, ερευνητής στο Εθνικό Αυτόνομο Πανεπιστήμιο του Μεξικού (National Autonomous University of Mexico-UNAM). "Μας λέει ότι κάθε αντικείμενο του Σύμπαντος δεν είναι ανεξάρτητο, και ότι κάθε σωματίδιο υπάρχει για έναν λόγο."
Το καθιερωμένο Πρότυπο δημιουργία του Fermilab. Πηγή:http://scienceblogs.com/startswithabang/2012/07/06/now-that-weve-got-the-higgs-whats-next/
Τα τελευταία 50 χρόνια ένα τέτοιο σύστημα επέτρεψε στους επιστήμονες να ενσωματώσουν τη σωματιδιακή φυσική σε μια ενιαία εξίσωση η οποία εξηγεί τα περισσότερα από αυτά που μπορούμε να δούμε στον κόσμο γύρω μας.
Παρά τη μεγάλη προγνωστική δύναμη του, το Καθιερωμένο Πρότυπο δεν απαντά σε πέντε κρίσιμα ερωτήματα, γι 'αυτό και οι φυσικοί των στοιχειωδών σωματιδίων γνωρίζουν ότι έχουν ακόμα πολύ δουλειά.
Εικόνα: Sandbox Studio, Chicago με Ana Kova
1. Γιατί τα νετρίνα έχουν μάζα;
Τρία από τα σωματίδια του Καθιερωμένου Πρότυπου είναι διαφορετικοί τύποι νετρίνων. Το Καθιερωμένο Πρότυπο προβλέπει ότι, όπως τα φωτόνια, τα νετρίνα δεν πρέπει να έχουν μάζα.
Ωστόσο, οι επιστήμονες έχουν βρει ότι οι τρεις τύποι νετρίνων ταλαντεύονται ή μετασχηματίζονται το ένα στο άλλο, καθώς κινούνται. Αυτό το "τρικ" είναι εφικτό μόνο επειδή τα νετρίνα τελικά έχουν μάζα.
"Αν χρησιμοποιήσουμε τις θεωρίες που έχουμε σήμερα, παίρνουμε λάθος απάντηση", λέει ο André de Gouvêa, καθηγητής στο Northwestern University.
Το Καθιερωμένο Πρότυπο έχει κάνει λάθος για το νετρίνο. Αυτό που μένει τώρα είναι να δούμε πόσο λάθος έχει κάνει. Εν τέλει, τα νετρίνα τα οποία έχουν μάζα είναι πολύ μικρά.
Είναι ότι το Καθιερωμένο Πρότυπα απέτυχε, ή υπάρχουν περισσότερα που δεν γνωρίζουμε για τα νετρίνα; Μερικά πειραματικά αποτελέσματα έχουν δείξει, για παράδειγμα, ότι μπορεί να υπάρχει ένας τέταρτος τύπος νετρίνων που ονομάζεται "αποστειρωμένο νετρίνο" (sterile neutrino) το οποίο δεν έχουμε ακόμη ανακαλύψει.
Εικόνα: Sandbox Studio, Chicago με Ana Kova
2. Τι είναι η σκοτεινή ύλη;
Οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι κάτι τους είχε διαφύγει όταν παρατήρησαν ότι οι γαλαξίες περιστρέφονταν πολύ γρηγορότερα από ότι θα έπρεπε, με βάση την βαρυτική έλξη της ορατής ύλης. Περιστρέφονταν τόσο γρήγορα ώστε θα έπρεπε να έχουν διαμελιστεί. Υπάρχει κάτι που δεν μπορούμε να δούμε, στο οποίο οι επιστήμονες έχουν δώσει το προσωνύμιο "Σκοτεινή Ύλη", και το οποίο θα πρέπει να δίνει πρόσθετη μάζα και συνεπώς σοβαρή έλξη στους γαλαξίες αυτούς.
Η σκοτεινή ύλη θεωρείται ότι αποτελεί το 26% των περιεχομένων του σύμπαντος. Αλλά δεν περιλαμβάνεται στο Καθιερωμένο Πρότυπο.
Οι επιστήμονες αναζητούν τρόπους για να μελετήσουν αυτή τη μυστηριώδη ύλη, και να εντοπίσουν τα δομικά της στοιχεία. Αν οι επιστήμονες μπορούσαν να δείξουν ότι η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά με κάποιο τρόπο με την κανονική ύλη, "θα χρειαζόταν ακόμα ένα νέο πρότυπο, αλλά θα σήμαινε ότι το νέο αυτό μοντέλο και το Καθιερωμένο Πρότυπο συνδέονται", λέει η Andrea Albert, ερευνήτρια στο Εθνικό Εργαστήριο SLAC του υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, το οποίο μελετά τη σκοτεινή ύλη, μεταξύ άλλων, στο Παρατηρητήριο High-Altitude Water Cherenkov στο Μεξικό. "Κάτι τέτοιο θα άλλαζε σε τεράστιο βαθμό το παιχνίδι."
Εικόνα: Sandbox Studio, Chicago με Ana Kova
3. Γιατί υπάρχει τόση ύλη στο Σύμπαν;
Κάθε φορά που δημιουργείται ένα σωματίδιο ύλης - για παράδειγμα, σε μια σύγκρουση σωματιδίων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων ή στη διάσπαση ενός άλλου σωματιδίου - κανονικά, το αντίστοιχό σωματίδιο αντιύλης συνοδεύει τη διαδικασία. Όταν συναντώνται ίσες ποσότητες σωματιδίων ύλης και αντιύλης, το ενα σωματίδιο αφανίζει το ένα το άλλο.
Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι όταν το Σύμπαν σχηματίστηκε κατά τη Μεγάλη έκρηξη (the Big Bang), η ύλη και η αντιύλη θα έπρεπε να έχουν παραχθεί σε ίσα μέρη. Ωστόσο, κάποιοι μηχανισμοί κράτησαν την ύλη και την αντιύλη μακριά από το συνηθισμένο πρότυπο ...ολοκληρωτικής καταστροφής, και έτσι το Σύμπαν γύρω μας κυριαρχείται από ύλη.
Το Καθιερωμένο Πρότυπο δεν μπορεί να εξηγήσει αυτήν την ανισορροπία. Πολλά διαφορετικά πειράματα μελετούν την ύλη και την αντιύλη στην αναζήτηση ενδείξεων ως προς το τι επηρέασε τι ισορροπίες.
Εικόνα: Sandbox Studio, Chicago με Ana Kova
4. Γιατί επιταχύνεται η διαστολή του Σύμπαντος;
Στο παρελθόν οι επιστήμονες πριν να βρεθούν στη θέση να υπολογίσουν την διαστολή του Σύμπαντος, υπέθεταν ότι είχε ξεκινήσει γρήγορα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, και στη συνέχεια, με την πάροδο του χρόνου, είχε αρχίσει να επιβραδύνεται (Βάσει της Νευτώνειας λογικής). Γι 'αυτό ήρθε σαν κεραυνός εν αιθρία η ανακάλυψη τη δεκαετία του '90 ότι, όχι μόνο η διαστολή του σύμπαντος δεν επιβραδύνθηκε, αλλά αντίθετα στην πραγματικότητα επιταχύνθηκε.
Οι τελευταίες μετρήσεις από το διαστημικά τηλεσκόπια Hubble της ΝΑΣΑ και του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, και Γαία του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματοςδείχνουν ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται από μας με ταχύτητα 75,4 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο. Αυτή η ταχύτητα πολλαπλασιάζεται για κάθε επιπλέον Μεγαπαρσέκ, δηλαδή απόσταση 3,2 εκατομμυρίων ετών φωτός, σε σχέση με τη θέση μας.
Ο ρυθμός αυτός πιστεύεται ότι προέρχεται από μια ανεξήγητη ιδιότητα του χωροχρόνου η οποία ονομάζεται "Σκοτεινή ενέργεια", η οποία ωθεί το Σύμπαν σε όλο και μεγαλύτερη διόγκωση. Θεωρείται ότι αποτελεί το 68% περίπου της ενέργειας του Σύμπαντος. "Αυτό είναι κάτι πολύ θεμελιώδες που κανένας δεν θα μπορούσε να προβλέψει απλά και μόνο μόνο "κοιτάζοντας" το Καθιερωμένο Πρότυπο", λέει ο de Gouvêa.
Εικόνα: Sandbox Studio, Chicago με Ana Kova
5. Υπάρχει σωματίδιο που να σχετίζεται με τη δύναμη της βαρύτητας;
Το Καθιερωμένο Πρότυπο δεν σχεδιάστηκε για να εξηγήσει τη βαρύτητα. Αυτή η τέταρτη και η ασθενέστερηδύναμη της φύσης δεν φαίνεται να έχει καμία επίδραση στις υποατομικές αλληλεπιδράσεις που εξηγεί το Καθιερωμένο Πρότυπο.
Οι θεωρητικοί φυσικοί όμως πιστεύουν ότι ένα υποατομικό σωματίδιο το οποίο ονομάζεται Βαρυτόνιο (graviton στα Αγγλικά - προσέξτε, όχι Βαρυόνιο) μπορεί να μεταδώσει τη βαρύτητα με τον ίδιο τρόπο που τα σωματίδια που ονομάζονται Φωτόνια είναι φορείς της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης.
"Μετά την επιβεβαίωση της ύπαρξης βαρυτικών κυμάτων από το συμβολόμετρο LIGO, αναρωτιόμαστε τώρα: Ποιο είναι το μικρότερο δυνατό βαρυτικό κύμα; Αυτό είναι σχεδόν σαν να ρωτούσα τι είναι το Βαρυτόνιο ", λέει ο Alberto Güijosa, καθηγητής στο Ινστιτούτο Πυρηνικών Επιστημών του UNAM.
Περισσότερα για να εξερευνήσετε
Αυτά τα πέντε μυστήρια είναι τα μεγάλα ζητήματα της φυσικής στον 21ο αιώνα, δηλώνει ο Ramos. Ωστόσο, λέει, υπάρχουν ακόμα πιο θεμελιώδη αινίγματα,: Ποια είναι η πηγή της γεωμετρίας χωροχρόνου; Πώς τα σωματίδια αποκτούν την ιδιοστρομφορμή τους (spin); Γιατί η ισχυρή πυρηνική δύναμη είναι τόσο δυνατή, ενώ η ασθενής πυρηνική δύναμη είναι τόσο αδύναμη;
Υπάρχουν πολλά που πρέπει να εξερευνήσουμε, λέει ο Güijosa. "Ακόμη και αν καταλήξουμε να έχουμε στα χέρια μας μια τελική και τέλεια θεωρία για τα πάντα, θα συνεχίσουμε να κάνουμε πειράματα σε διαφορετικές καταστάσεις για να προωθήσουμε τα όριά της θεωρίας αυτής".
"Είναι ένα πολύ κλασικό παράδειγμα της επιστημονικής μεθόδου σε δράση" λέει ο Albert. "Με κάθε απάντηση έρχονται περισσότερες ερωτήσεις. Και...δεν έχει γίνει τίποτα ακόμα...
[full_width]
