Τρίτη, 12 Ιουλίου 2011

Τα νετρίνα και η σκοτεινή πλευρά της ύλης

Αποκλειστική συνέντευξη του διεθνούς φήμης φυσικού Χρήστου Τουραμάνη στη «Σαββατιάτικη Ε»

Γράφει ο ΣΠΥΡΟΣ ΜΑΝΟΥΣΕΛΗΣ

Πριν από μία εβδομάδα πραγματοποιήθηκε στην κοσμική Μύκονο ένα πολύ σημαντικό συνέδριο Φυσικής (26/6-1/7).

Πρόκειται για το έβδομο από μια σειρά διεθνών συνεδρίων με την επονομασία «Συνέδριο της Πάτρας» (Patras Workshop) που διοργανώνονται κάθε χρόνο από τον Κωνσταντίνο Ζιούτα, δραστήριο καθηγητή Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Πατρών, και άλλους επιφανείς Ευρωπαίους ειδικούς.

Στο φετινό συνέδριο συμμετείχαν 75 σύνεδροι από την Αμερική, την Ευρώπη, την Ιαπωνία, την Κορέα. Μεταξύ των προσκεκλημένων ξεχωρίζουν πολλά ονόματα διαπρεπών επιστημόνων που πρωταγωνιστούν στην έρευνα της Φυσικής, όπως ο Yoichiro Suzuki, διευθυντής του Ινστιτούτου ICRR και επικεφαλής των πρωτοποριακών πειραμάτων στον τεράστιο ανιχνευτή Super-Kamiokande της Ιαπωνίας, αλλά και η Elena Aprile που παρουσίασε τα αποτελέσματα των νέων ερευνών της (ΧΕΝΟΝ 100) σχετικά με τη σκοτεινή ύλη. Από τους Ελληνες ερευνητές, οι οποίοι συμμετείχαν με σπουδαίες ανακοινώσεις, ξεχωρίζουν τα ονόματα του Κωνσταντίνου Ζιούτα, του Γιάννη Σεμερτζίδη, της Θεοπίστης Δάφνη και του Χρήστου Τουραμάνη.

Ζητήσαμε από τον Χ. Τουραμάνη να μας μιλήσει για τα εκπληκτικά συμπεράσματα των ερευνών του σχετικά με τη φύση των νετρίνων, των πιο φευγαλέων συστατικών του γνωστού Σύμπαντος.

* Τι ακριβώς είναι τα νετρίνα και τι μας αποκαλύπτει η έρευνα των νετρίνων για τη σύσταση της αινιγματικής «σκοτεινής ύλης» του Σύμπαντος;

**«Τα νετρίνα είναι τα ελαφρύτερα, αφόρτιστα και λιγότερο κατανοητά από όλα τα γνωστά στοιχειώδη σωμάτια της φύσης. Αντιδρούν ελάχιστα, μόνο με την "ασθενή αλληλεπίδραση", και περνούν μέσα από τη γη σχεδόν σαν να ήταν κενό. Αυτό καθιστά εξαιρετικά δύσκολη τη μελέτη τους, απαιτώντας τεράστιους ανιχνευτές και πολύ ισχυρές πηγές ή δέσμες νετρίνων.

Από την ανάλυση της γωνιακής κατανομής των ανισοτροπιών του Κοσμικού Υποστρώματος Μικροκυμάτων, που έγινε την τελευταία δεκαετία, γνωρίζουμε ότι τα νετρίνα δεν μπορεί να είναι η σκοτεινή ύλη. Αλλα σωμάτια, βαρύτερα από τα νετρίνα, είναι απαραίτητα γι' αυτό το ρόλο, και ήδη πολλά πειράματα σε όλο τον κόσμο επικεντρώνονται στην αναζήτησή τους».

* Η ερευνητική σας ομάδα έκανε πρόσφατα μια πολύ σημαντική ανακάλυψη στην Ιαπωνία. Μπορείτε να μας εξηγήσετε τι ακριβώς ανακαλύψατε; Αρχίζετε μήπως να κατανοείτε πώς αποκτούν μάζα τα νετρίνα, αυτά τα τόσο «φευγαλέα» και μέχρι χθες άπιαστα συστατικά της ύλης;

**«Την τελευταία δεκαετία γνωρίζαμε ότι πρέπει να υπάρχουν τρία είδη (ή τύποι) νετρίνων και ότι αυτά "ταλαντώνονται", δηλαδή αλλάζουν ταυτότητα από τον έναν τύπο στους άλλους καθώς ταξιδεύουν στο Σύμπαν. Στα τρία διαφορετικά είδη νετρίνων αντιστοιχούν συνεπώς τρεις διαφορετικές ταλαντώσεις (1-2, 2-3, 1-3). Οι δύο πρώτες ταλαντώσεις είχαν μετρηθεί πειραματικά, ενώ η τρίτη δεν είχε μετρηθεί ή παρατηρηθεί ποτέ. Στο πρόσφατο πείραμά μας παρατηρήσαμε αυτή την τρίτη ταλάντωση, επιβεβαιώνοντας με αυτό τον τρόπο πειραματικά την ύπαρξη και αυτού του τρίτου είδους νετρίνων.

Αυτό το αποτέλεσμα δεν μας εξηγεί πώς αποκτούν μάζα τα νετρίνα, ανοίγει όμως νέες προοπτικές για τη λύση ενός άλλου βασικού μυστηρίου που συνδέεται με την ύπαρξή μας. Ξέρουμε ότι το αρχέγονο σύμπαν περιείχε ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης. Η τελευταία εξαφανίστηκε τελείως πολύ νωρίς. Αν αυτό δεν είχε συμβεί, το Σύμπαν θα ήταν τόσο βίαιο ώστε δεν θα υπήρχαν τα αρκετά μεγάλα διαστήματα σταθερότητας που απαιτούνται για το σχηματισμό των γαλαξιών και κατ' επέκταση για τη δημιουργία της ζωής και την εξέλιξη του ανθρώπου.

Σε κάθε περίπτωση, η τελική επικράτηση της ύλης στο Σύμπαν δεν εξηγείται από τους γνωστούς νόμους της φυσικής! Αν λοιπόν κανένας επιβεβαιωμένος φυσικός νόμος δεν εξηγεί την εξαφάνιση της αντιύλης, τότε ίσως το μυστικό να κρύβεται στα νετρίνα, υπό τη μορφή της παραβίασης της συμμετρίας μεταξύ ύλης-αντιύλης, της λεγόμενης ασυμμετρίας ύλης-αντιύλης (CP Violation). Και για να καταστεί αυτό κατ' αρχάς δυνατό πρέπει να συμβαίνουν και οι τρεις ταλαντώσεις. Η πρόσφατη ανακάλυψή μας στην Ιαπωνία ανοίγει το δρόμο για νέα ενδιαφέροντα πειράματα που ήδη σχεδιάζουμε. Οι αναζητήσεις προς αυτήν την κατεύθυνση ίσως να μας προσφέρουν μια μέρα την απάντηση της φυσικής στο θεμελιώδες ερώτημα "γιατί υπάρχουμε"».

**Σύμφωνα με το «Καθιερωμένο Μοντέλο» της σωματιδιακής φυσικής, τα νετρίνα δεν θα έπρεπε να διαθέτουν καθόλου μάζα, όμως οι πιο πρόσφατες ανακαλύψεις έδειξαν ότι αυτό ήταν λάθος. Αραγε το μοντέλο αυτό εξακολουθεί να ισχύει ή μήπως εμφανίζει ανυπέρβλητες αδυναμίες;

**«Για να υπάρχει ταλάντωση των νετρίνων θα πρέπει τα νετρίνα να έχουν μη μηδενική μάζα, κάτι που, ενώ έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά, εντούτοις δεν περιγράφεται από το Καθιερωμένο Μοντέλο.

Το διαπιστωμένο μάλιστα γεγονός ότι τα νετρίνα έχουν μάζα δεν μπορεί να ενταχθεί με απλό τρόπο στο Καθιερωμένο Μοντέλο. Χρειάζονται νέοι εξηγητικοί μηχανισμοί και μια καινούργια φυσική προσέγγιση, πιθανότατα μια νέα φυσική των πολύ υψηλών ενεργειών: πέρα από τα όρια του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων της Γενεύης (LHC) και ενδεχομένως πέρα από τις σημερινές τεχνολογικές μας δυνατότητες.

Η μελέτη των νετρίνων, ωστόσο, ίσως αποδειχτεί ένα "παράθυρο" σε ένα άγνωστο κομμάτι της φύσης, αφού μας προσφέρει μοναδικές ενδείξεις για αυτήν τη νέα φυσική πραγματικότητα την οποία δεν μπορούμε να μελετήσουμε απευθείας με τους σημερινούς επιταχυντές.

Τα μέχρι σήμερα πειραματικά δεδομένα δεν επαρκούν για να σχηματίσουμε ξεκάθαρη εικόνα. Ωστόσο, σε Ευρώπη, Ασία και Αμερική, ήδη ετοιμάζουμε πειράματα πολύ μεγαλύτερης ευαισθησίας και προβλέπουμε ότι πριν από το τέλος της επόμενης δεκαετίας θα ανακαλύψουμε κάτι ιδιαιτέρως εντυπωσιακό, χωρίς να είμαστε βέβαιοι για το τι ακριβώς θα είναι αυτό».

**Ποια, κατά τη γνώμη σας, είναι τα μεγαλύτερα ερωτήματα που μπορεί να αντιμετωπίσει επιτυχώς η μικροφυσική τα επόμενα χρόνια;

**«Από πού προέρχεται η μάζα των στοιχειωδών σωματιδίων είναι ένα αποφασιστικής σημασίας ερώτημα και η απάντηση σε αυτό ενδέχεται να είναι εξίσου σημαντική: το σωμάτιο Higgs ή κάτι εντελώς διαφορετικό!

Τι είναι η σκοτεινή ύλη, που με τη βαρύτητά της συγκρατεί τους γαλαξίες στη δομή που έχουν. Αυτό αποτελεί ένα άλλο αποφασιστικό ερώτημα.

Εξίσου σημαντικό όμως είναι να ανακαλύψουμε ποιος είναι ο μηχανισμός εξαφάνισης της αντιύλης, διότι αν δεν υπήρχε αυτός ο μηχανισμός δεν θα ήμασταν εδώ να αναρωτιόμαστε για οτιδήποτε. Πόση ακριβώς είναι, από πού προέρχεται η μάζα των νετρίνων και γιατί είναι κατά ένα εκατομμύριο φορές μικρότερη από τα άλλα ελαφρά στοιχειώδη σωμάτια; Υπάρχουν τα "αξιόνια" ή άλλα παρόμοια εξωτικά σωμάτια;

Ποιοι είναι οι άγνωστοι νόμοι της φύσης σε πολύ υψηλές ενέργειες, π.χ. υπερσυμμετρία, υπερχορδές, έξτρα διστάσεις, ή κάτι άλλο που ούτε καν φανταζόμαστε; Σε τέτοιες ακραίες συνθήκες το Καθιερωμένο Μοντέλο καταρρέει, ακόμα κι αν τα νετρίνα δεν είχαν μάζα. Πολλά από αυτά τα ερωτήματα θα βρουν απάντηση μέσα από τα πειράματα που ήδη πραγματοποιούμε ή ετοιμάζουμε, κάποια όμως ενδέχεται να μείνουν αναπάντητα για δεκαετίες.

Πάντως, το δυσκολότερο πρόβλημα σήμερα είναι ό,τι αποκαλούμε "Σκοτεινή Ενέργεια". Πρόκειται για "κάτι" που κάνει το ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος να αυξάνεται, και που δυστυχώς καμία από τις υπάρχουσες θεωρίες δεν μπορεί να το εξηγήσει. Να σημειώσουμε ότι η γνωστή μας ύλη είναι περίπου το 4% του Σύμπαντος, η σκοτεινή ύλη περίπου το 25%. Το υπόλοιπο 70% είναι σκοτεινή ενέργεια. Αρα, για το μεγαλύτερο κομμάτι του σύμπαντος δεν διαθέτουμε παρά μόνο ένα εντυπωσιακό όνομα και τίποτα περισσότερο!».

Ενας πρωτοπόρος ερευνητής από τη Μυτιλήνη

Ο Χρήστος Τουραμάνης είναι ένας διεθνούς φήμης πειραματικός φυσικός των στοιχειωδών σωματιδίων.

Διδάσκει μικροφυσική (καθηγητής πρώτης βαθμίδας) στο Πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ, όπου και διευθύνει μια διεθνούς κύρους ερευνητική ομάδα (και ασφαλώς μία από τις τρεις μεγαλύτερες στη Βρετανία).

Γεννήθηκε στη Μυτιλήνη το 1965. Τελείωσε το Γ' Λύκειο Μυτιλήνης και σπούδασε στο Φυσικό Θεσσαλονίκης. Από το 1987 ώς το 1996 εργάστηκε στο CERN, όπου εκπόνησε τη διδακτορική διατριβή του και εργάστηκε ως μεταδιδακτορικός ερευνητής.

Από το 1997 διδάσκει στο Πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ.

Στο Λίβερπουλ διευθύνει από το 2001 μια μεγάλη ερευνητική ομάδα που περιλαμβάνει πανεπιστημιακούς, μεταδιδακτορικούς ερευνητές, μεταπτυχιακούς φοιτητές και μηχανικούς.

Οι πολυάριθμες έρευνές του από πολύ νωρίς επικεντρώνονται στο δυσεπίλυτο πρόβλημα των διαφορετικών αλληλεπιδράσεων ύλης-αντιύλης. Με ένα κλασικό πείραμά του, το επονομαζόμενο πείραμα BABAR, ανακάλυψε μαζί με τους συνεργάτες του το φαινόμενο CP Violation, δηλαδή την ασυμμετρία ύλης-αντιύλης στα μεσόνια Β. Η ανακάλυψη αυτή, το 2001, αποτέλεσε την πειραματική βάση για την απονομή του Βραβείου Νόμπελ Φυσικής 2008 στους θεωρητικούς Kobayashi και Maskawa, οι οποίοι είχαν προβλέψει θεωρητικά το φαινόμενο από το 1973.

Το πιο πρόσφατο πείραμά του είναι το λεγόμενο Τ2Κ στην Ιαπωνία. Μόλις πριν από μερικές εβδομάδες η ερευνητική του ομάδα ανακοίνωσε επίσημα ότι είχαν τις πρώτες αδιαμφισβήτητες ενδείξεις για την τρίτη (και μη παρατηρημένη ώς τώρα) ταλάντωση μεταξύ των τριών τύπων νετρίνων.

Για το πείραμα Τ2Κ ο Ελληνας φυσικός σχεδίασε έναν δικής του εμπνεύσεως πολύ ισχυρό ανιχνευτή: ένα σύστημα ανίχνευσης φωτονίων από 13 μονάδες, βάρους 70 τόνων.

enet.gr

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Ιχνηλάτης

Ιχνηλάτης
Ακολουθώντας τα χαμένα ίχνη......