Συνέχεια από Σάββατο, 1 Αυγούστου 2020
III. Ποιοτική προσέγγιση τής δράσης τού πεδίου – σωματιδίου Higgs
Από την παραπάνω περιγραφή καθίσταται σαφές ότι, σε επίπεδο μαθηματικών τουλάχιστον, το πεδίο και το σωματίδιο Higgs πληρούν τις προϋποθέσεις για να δώσουν ερμηνεία στο πρόβλημα της προέλευσης της μάζας. Η εισαγωγή αυτών των μαθηματικών όρων, όπως αναφέραμε, έδωσε τη δυνατότητα στην επιστημονική κοινότητα να κάνει επιπλέον προβλέψεις οι οποίες στη συνέχεια επιβεβαιώθηκαν πειραματικά με εξαιρετική ακρίβεια. Κάτι τέτοιο ενισχύει την άποψη ότι μάλλον οι μαθηματικές αυτές σχέσεις είναι αρκετά κοντά στην περιγραφή της πραγματικότητας. Αυτή η παραδοχή όμως μας οδηγεί σε έναν νέο τρόπο θέασης και κατανόησης του κόσμου που μας περιβάλλει. Έτσι στην προκειμένη περίπτωση εάν παραδεχτούμε ότι οι εξισώσεις του πεδίου Higgs κινούνται προς την ορθή κατεύθυνση για την περιγραφή της προέλευσης της μάζας, τότε πρέπει να τροποποιήσουμε και την αντίληψή μας για τον τρόπο που κατανοούμε τον χώρο μέσα στον οποίο υπάρχουμε. Ο κενός χώρος που αντιλαμβανόμαστε με τις αισθήσεις μας παύει να είναι κενός και στατικός· μεταμορφώνεται σε κάτι απολύτως δυναμικό, είναι γεμάτος από δυνάμει σωματίδια και πεδία δυνάμεων160.
Το πεδίο Higgs γεμίζει τον κενό χώρο με την παρουσία του και επιδρώντας πάνω στα πάσης φύσης σωματίδια τούς προσδίδει τη μάζα τους. Η αδυναμία μας να αντιληφθούμε κάτι τέτοιο, ότι δηλαδή ο χώρος είναι γεμάτος από το πεδίο Higgs που με τη σειρά του αποτελείται από σωματίδια ομοιόμορφα κατανεμημένα, οφείλεται στη διαφορετική φύση των σωματιδίων αυτών· όπως προαναφέραμε, δεν είναι ίδια με κανένα από τα σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου· ούτε με τα σωματίδια της ύλης, ούτε και με τα σωματίδια που είναι φορείς των τεσσάρων δυνάμεων. Οι διαφορετικές μαθηματικές τους ιδιότητες αποκαλύπτουν και τη διαφορετική συμπεριφορά τους. Τελικά ενώ αναφέραμε ότι γεμίζουν τον χώρο με την κυριολεκτική έννοια του όρου, εν τούτοις ο κενός χώρος για τις αισθήσεις μας παραμένει διαφανής, αιθέριος, άϋλος, άδειος. Αν ο χώρος είναι γεμάτος από το πεδίο Higgs, τότε μόνο άϋλος και άδειος δεν είναι· απεναντίας είναι απολύτως «υλικός», εφόσον το πεδίο υφαίνεται από σωματίδια που έχουν μάζα161.
Στο σημείο αυτό, πριν προχωρήσουμε στην ποιοτική ερμηνεία της δράσης του πεδίου Higgs για την «απονομή» της μάζας στα σωματίδια, καλό είναι να υπενθυμίσουμε το πώς κατανοείται η έννοια της μάζας στην κλασική – Νευτώνεια Μηχανική. Όπως αναφέραμε στην παράγραφο 2.1.Ι, ο Νεύτωνας συνέδεσε τη μάζα με την υλικότητα, καθώς τη χαρακτήρισε ως την «ποσότητα ύλης» του σώματος· επιπλέον όμως την όρισε και ως το μέτρο της αδράνειάς του. Από τη δεύτερη προσέγγιση προκύπτουν κάποια χρήσιμα συμπεράσματα που μας χρειάζονται για την κατανόηση του μηχανισμού Higgs. Η αδράνεια σχετίζεται με το πόσο εύκολα ή δύσκολα μπορεί να τεθεί ένα σώμα σε κίνηση και το αντίθετο, δηλαδή πόσο εύκολα ή δύσκολα ένα σώμα μπορεί να σταματήσει. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός σώματος τόσο δυσκολότερες είναι οι μεταβολές στην κινητική του κατάσταση και το αντίστροφο162. Επομένως μπορούμε να πούμε ότι ένα σωματίδιο που αντιστέκεται λιγότερο σε μεταβολές της κινητικής του κατάστασης εμφανίζει μικρή αδράνεια και επομένως έχει μικρή μάζα, και κάποιο άλλο που αντιστέκεται περισσότερο έχει μεγαλύτερη μάζα· όσο περισσότερο αντιστέκεται ένα σωματίδιο, τόσο μεγαλύτερη είναι και η μάζα που έχει.
Ο καθηγητής θεωρητικής Φυσικής του Α.Π.Θ. Γούναρης Γεώργιος, εκλαϊκεύοντας την ιδέα του πεδίου Higgs, παρομοιάζει το Σύμπαν με μια λίμνη και το πεδίο με το νερό της λίμνης163. Προφανώς τα δομικά στοιχεία της λίμνης, τα μόρια του νερού, αντιστοιχίζονται στα δομικά στοιχεία του πεδίου Higgs, τα σωματίδια Higgs. Στα πρώτα μικροκλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη η θερμοκρασία που επικρατούσε στο Σύμπαν ήταν τεράστια, με αποτέλεσμα τα μόρια του νερού να βρίσκονται σε αέρια κατάσταση υδρατμών. Η κατάσταση υψηλής ενέργειας δεν επέτρεπε την υγροποίηση των υδρατμών. Τα σωματίδια Higgs υπήρχαν έχοντας πολύ υψηλό ενεργειακό περιεχόμενο, ενώ το πεδίο Higgs είχε ακόμη μηδενική τιμή εφόσον δεν είχε σχηματιστεί. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα όλα τα σωματίδια να κινούνται ελεύθερα στο χώρο χωρίς να βρίσκουν το παραμικρό εμπόδιο στην κίνησή τους. Την εποχή εκείνη η λίμνη ήταν άδεια και το πεδίο Higgs μηδενικό. Τίποτε δεν δυσκόλευε την κίνηση των σωματίων.... και κανένα δεν είχε μάζα. Όλα έμοιαζαν με τα φωτόνια και το Φως164… Έτσι, αν και είχαν μάζα, δε μπορούσαν να την εκδηλώσουν λόγω του ότι δεν έβρισκαν κανένα εμπόδιο στην κίνησή τους. Με την πάροδο του χρόνου και μετά από περίπου 10^(-12) του δευτερολέπτου από τη Μεγάλη Έκρηξη, όπως προαναφέραμε, η θερμοκρασία έπεσε και είχαμε το πρώτο αυθόρμητο σπάσιμο συμμετρίας. Το νερό της λίμνης, από την κατάσταση των υδρατμών, πέρασε στην υγρή κατάσταση. Το σπάσιμο της συμμετρίας στην προκειμένη περίπτωση οδήγησε το πεδίο Higgs σε αλλαγή φάσης καθώς τα σωματίδια Higgs συμπυκνώθηκαν. Με τον τρόπο αυτό στην κατάσταση ελάχιστης ενέργειας (κατάσταση κενού) το πεδίο σχηματίστηκε από τα σωματίδια Higgs και απέκτησε τιμή διάφορη του μηδενός. Στα μέχρι εκείνη τη στιγμή ελεύθερα κινούμενα σωματίδια, λόγω της ατμώδους κατάστασης του νερού της λίμνης, ξαφνικά εμφανίστηκε το νερό που πρόβαλλε ως εμπόδιο στην κίνησή τους. Το κάθε σωματίδιο ανάλογα με το βαθμό δυσκολίας που συνάντησε επιβραδύνθηκε, με αποτέλεσμα να εκδηλωθεί πλέον η ιδιότητα της μάζας του· όσο περισσότερο επιβραδύνθηκε, τόσο μεγαλύτερη μάζα είχε και όσο λιγότερο, τόσο μικρότερη. Τα εντελώς ενεργειακής υφής σωματίδια –όπως τα φωτόνια– δεν εμποδίστηκαν στην κίνησή τους γι’ αυτό και είναι άϋλα – άμαζα. Την ιδιότητα της μάζας την είχε «δυνάμει» το κάθε σωματίδιο και την εκδήλωσε «ενεργεία» όταν οι συνθήκες έγιναν κατάλληλες. Έτσι ο μηχανισμός Higgs ή το σωματίδιο Higgs δεν «απονέμει» μάζα στα σωματίδια με έναν μαγικό τρόπο αλλά ερμηνεύει στη γλώσσα των μαθηματικών το πώς δημιουργήθηκαν οι προϋποθέσεις στο Σύμπαν, ώστε να εκδηλώσουν τα σωματίδια τη συγκεκριμένη ιδιότητά τους.
Σημειώσεις
160. Howard E. Haber, University of California, Santa Cruz, Το μποζόνιο Higgs, ένα θεμελιώδες σωματίδιο που προβλέφθηκε θεωρητικά από τον Peter Higgs, ίσως να κρύβει το κλειδί στην ερώτηση γιατί τα στοιχειώδη σωματίδια έχουν μάζες; Εξηγώντας τον συσχετισμό, η σκέψη μου τρέχει στο γνωστό παράδοξο, «Εάν ο ήχος δεν μπορεί να διαδοθεί στο κενό, γιατί οι ηλεκτρικές σκούπες(*) κάνουν τόσο θόρυβο;» Αυτός ο γρίφος αγγίζει πραγματικά μία σπουδαία κατάκτηση της σύγχρονης Φυσικής: το κενό - ή αλλιώς ο κενός χώρος - κάθε άλλο παρά κενό είναι. Είναι κυριολεκτικά «θορυβώδες» και γεμάτο δυνητικά σωματίδια και πεδία δυνάμεων. Η προέλευση της μάζας φαίνεται να είναι συνυφασμένη με αυτό το φαινόμενο.
Στην θεωρία της σχετικότητας, υπάρχει σημαντική διαφορά μεταξύ σωματιδίων με και χωρίς μάζα: Κάθε άμαζο σωματίδιο ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός, ενώ τα σωματίδια με μάζα δεν μπορούν να αγγίξουν ποτέ αυτό το όριο ταχύτητας. Πως προκύπτει η μάζα στα υποατομικά σωματίδια; Ο Higgs πρότεινε πως το κενό περιέχει ένα «πανταχού παρών» πεδίο που μπορεί να επιβραδύνει κάποια (ειδάλλως άμαζα) στοιχειώδη σωματίδια - όπως ένα δοχείο με μέλι επιβραδύνει μία σφαίρα μεγάλης ταχύτητας. Τέτοια σωματίδια θα συμπεριφέρονται σαν σωματίδια με μάζα, που ωστόσο ταξιδεύουν με ταχύτητες μικρότερες αυτής του φωτός. Άλλα σωματίδια - όπως τα φωτόνια - είναι απρόσβλητα στο πεδίο: δεν επιβραδύνονται και παραμένουν άμαζα.
Αν και το πεδίο Higgs δεν είναι καθεαυτό μετρήσιμο, επιταχυντές μπορούν να το διεγείρουν και να απελευθερώσουν ανιχνεύσιμα σωματίδια που ονομάζονται μποζόνια Higgs. Μέχρι στιγμής, πειράματα με τους πιο ισχυρούς επιταχυντές στον κόσμο δεν έχουν παρατηρήσει κανένα μποζόνιο Higgs, αλλά άμεσα πειραματικά δεδομένα υποδεικνύουν πως οι φυσικοί των στοιχειωδών σωματιδίων είναι μπροστά σε μία μεγάλη ανακάλυψη.
http://www.physics.ntua.gr/POPPHYS/60/higgs_boson.html
161. Υπενθυμίζουμε ότι τα σωματίδια Higgs ως μποζόνια δεν υπακούν στην απαγορευτική αρχή του Pauli, που σημαίνει ότι μπορούν να δημιουργούν συμπυκνώματα και να συνθέτουν το πεδίο – συμπύκνωμα Higgs. Τα μποζόνια συμπεριφέρονται σαν τα πούλια στο τάβλι που μπορούν να καταλάβουν την ίδια θέση και έτσι να δημιουργούν στήλες – συμπυκνώματα. Αντίθετα τα σωματίδια που αποτελούν τα συστατικά των γνωστών υλικών σωμάτων είναι φερμιόνια και δεν μπορούν να καταλάβουν την ίδια θέση, με αποτέλεσμα να μη μπορούν να δημιουργούν συμπυκνώματα· συμπεριφέρονται σαν τα πιόνια στο σκάκι, όπου σε κάθε τετραγωνάκι μπορεί να βρίσκεται μόνο ένα πιόνι. Έτσι στον χώρο των μαθηματικών οι διαφορετικές μαθηματικές ιδιότητες των σωματιδίων αποκαλύπτουν όχι τη διαφορετική φύση τους, αλλά τη διαφορετική συμπεριφορά τους και επομένως τον διαφορετικό τρόπο με τον οποίο μπορούμε να τα αντιλαμβανόμαστε είτε με τις αισθήσεις μας, είτε με τη νόησή μας.
III. Ποιοτική προσέγγιση τής δράσης τού πεδίου – σωματιδίου Higgs
Από την παραπάνω περιγραφή καθίσταται σαφές ότι, σε επίπεδο μαθηματικών τουλάχιστον, το πεδίο και το σωματίδιο Higgs πληρούν τις προϋποθέσεις για να δώσουν ερμηνεία στο πρόβλημα της προέλευσης της μάζας. Η εισαγωγή αυτών των μαθηματικών όρων, όπως αναφέραμε, έδωσε τη δυνατότητα στην επιστημονική κοινότητα να κάνει επιπλέον προβλέψεις οι οποίες στη συνέχεια επιβεβαιώθηκαν πειραματικά με εξαιρετική ακρίβεια. Κάτι τέτοιο ενισχύει την άποψη ότι μάλλον οι μαθηματικές αυτές σχέσεις είναι αρκετά κοντά στην περιγραφή της πραγματικότητας. Αυτή η παραδοχή όμως μας οδηγεί σε έναν νέο τρόπο θέασης και κατανόησης του κόσμου που μας περιβάλλει. Έτσι στην προκειμένη περίπτωση εάν παραδεχτούμε ότι οι εξισώσεις του πεδίου Higgs κινούνται προς την ορθή κατεύθυνση για την περιγραφή της προέλευσης της μάζας, τότε πρέπει να τροποποιήσουμε και την αντίληψή μας για τον τρόπο που κατανοούμε τον χώρο μέσα στον οποίο υπάρχουμε. Ο κενός χώρος που αντιλαμβανόμαστε με τις αισθήσεις μας παύει να είναι κενός και στατικός· μεταμορφώνεται σε κάτι απολύτως δυναμικό, είναι γεμάτος από δυνάμει σωματίδια και πεδία δυνάμεων160.
Το πεδίο Higgs γεμίζει τον κενό χώρο με την παρουσία του και επιδρώντας πάνω στα πάσης φύσης σωματίδια τούς προσδίδει τη μάζα τους. Η αδυναμία μας να αντιληφθούμε κάτι τέτοιο, ότι δηλαδή ο χώρος είναι γεμάτος από το πεδίο Higgs που με τη σειρά του αποτελείται από σωματίδια ομοιόμορφα κατανεμημένα, οφείλεται στη διαφορετική φύση των σωματιδίων αυτών· όπως προαναφέραμε, δεν είναι ίδια με κανένα από τα σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου· ούτε με τα σωματίδια της ύλης, ούτε και με τα σωματίδια που είναι φορείς των τεσσάρων δυνάμεων. Οι διαφορετικές μαθηματικές τους ιδιότητες αποκαλύπτουν και τη διαφορετική συμπεριφορά τους. Τελικά ενώ αναφέραμε ότι γεμίζουν τον χώρο με την κυριολεκτική έννοια του όρου, εν τούτοις ο κενός χώρος για τις αισθήσεις μας παραμένει διαφανής, αιθέριος, άϋλος, άδειος. Αν ο χώρος είναι γεμάτος από το πεδίο Higgs, τότε μόνο άϋλος και άδειος δεν είναι· απεναντίας είναι απολύτως «υλικός», εφόσον το πεδίο υφαίνεται από σωματίδια που έχουν μάζα161.
Στο σημείο αυτό, πριν προχωρήσουμε στην ποιοτική ερμηνεία της δράσης του πεδίου Higgs για την «απονομή» της μάζας στα σωματίδια, καλό είναι να υπενθυμίσουμε το πώς κατανοείται η έννοια της μάζας στην κλασική – Νευτώνεια Μηχανική. Όπως αναφέραμε στην παράγραφο 2.1.Ι, ο Νεύτωνας συνέδεσε τη μάζα με την υλικότητα, καθώς τη χαρακτήρισε ως την «ποσότητα ύλης» του σώματος· επιπλέον όμως την όρισε και ως το μέτρο της αδράνειάς του. Από τη δεύτερη προσέγγιση προκύπτουν κάποια χρήσιμα συμπεράσματα που μας χρειάζονται για την κατανόηση του μηχανισμού Higgs. Η αδράνεια σχετίζεται με το πόσο εύκολα ή δύσκολα μπορεί να τεθεί ένα σώμα σε κίνηση και το αντίθετο, δηλαδή πόσο εύκολα ή δύσκολα ένα σώμα μπορεί να σταματήσει. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός σώματος τόσο δυσκολότερες είναι οι μεταβολές στην κινητική του κατάσταση και το αντίστροφο162. Επομένως μπορούμε να πούμε ότι ένα σωματίδιο που αντιστέκεται λιγότερο σε μεταβολές της κινητικής του κατάστασης εμφανίζει μικρή αδράνεια και επομένως έχει μικρή μάζα, και κάποιο άλλο που αντιστέκεται περισσότερο έχει μεγαλύτερη μάζα· όσο περισσότερο αντιστέκεται ένα σωματίδιο, τόσο μεγαλύτερη είναι και η μάζα που έχει.
Ο καθηγητής θεωρητικής Φυσικής του Α.Π.Θ. Γούναρης Γεώργιος, εκλαϊκεύοντας την ιδέα του πεδίου Higgs, παρομοιάζει το Σύμπαν με μια λίμνη και το πεδίο με το νερό της λίμνης163. Προφανώς τα δομικά στοιχεία της λίμνης, τα μόρια του νερού, αντιστοιχίζονται στα δομικά στοιχεία του πεδίου Higgs, τα σωματίδια Higgs. Στα πρώτα μικροκλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη η θερμοκρασία που επικρατούσε στο Σύμπαν ήταν τεράστια, με αποτέλεσμα τα μόρια του νερού να βρίσκονται σε αέρια κατάσταση υδρατμών. Η κατάσταση υψηλής ενέργειας δεν επέτρεπε την υγροποίηση των υδρατμών. Τα σωματίδια Higgs υπήρχαν έχοντας πολύ υψηλό ενεργειακό περιεχόμενο, ενώ το πεδίο Higgs είχε ακόμη μηδενική τιμή εφόσον δεν είχε σχηματιστεί. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα όλα τα σωματίδια να κινούνται ελεύθερα στο χώρο χωρίς να βρίσκουν το παραμικρό εμπόδιο στην κίνησή τους. Την εποχή εκείνη η λίμνη ήταν άδεια και το πεδίο Higgs μηδενικό. Τίποτε δεν δυσκόλευε την κίνηση των σωματίων.... και κανένα δεν είχε μάζα. Όλα έμοιαζαν με τα φωτόνια και το Φως164… Έτσι, αν και είχαν μάζα, δε μπορούσαν να την εκδηλώσουν λόγω του ότι δεν έβρισκαν κανένα εμπόδιο στην κίνησή τους. Με την πάροδο του χρόνου και μετά από περίπου 10^(-12) του δευτερολέπτου από τη Μεγάλη Έκρηξη, όπως προαναφέραμε, η θερμοκρασία έπεσε και είχαμε το πρώτο αυθόρμητο σπάσιμο συμμετρίας. Το νερό της λίμνης, από την κατάσταση των υδρατμών, πέρασε στην υγρή κατάσταση. Το σπάσιμο της συμμετρίας στην προκειμένη περίπτωση οδήγησε το πεδίο Higgs σε αλλαγή φάσης καθώς τα σωματίδια Higgs συμπυκνώθηκαν. Με τον τρόπο αυτό στην κατάσταση ελάχιστης ενέργειας (κατάσταση κενού) το πεδίο σχηματίστηκε από τα σωματίδια Higgs και απέκτησε τιμή διάφορη του μηδενός. Στα μέχρι εκείνη τη στιγμή ελεύθερα κινούμενα σωματίδια, λόγω της ατμώδους κατάστασης του νερού της λίμνης, ξαφνικά εμφανίστηκε το νερό που πρόβαλλε ως εμπόδιο στην κίνησή τους. Το κάθε σωματίδιο ανάλογα με το βαθμό δυσκολίας που συνάντησε επιβραδύνθηκε, με αποτέλεσμα να εκδηλωθεί πλέον η ιδιότητα της μάζας του· όσο περισσότερο επιβραδύνθηκε, τόσο μεγαλύτερη μάζα είχε και όσο λιγότερο, τόσο μικρότερη. Τα εντελώς ενεργειακής υφής σωματίδια –όπως τα φωτόνια– δεν εμποδίστηκαν στην κίνησή τους γι’ αυτό και είναι άϋλα – άμαζα. Την ιδιότητα της μάζας την είχε «δυνάμει» το κάθε σωματίδιο και την εκδήλωσε «ενεργεία» όταν οι συνθήκες έγιναν κατάλληλες. Έτσι ο μηχανισμός Higgs ή το σωματίδιο Higgs δεν «απονέμει» μάζα στα σωματίδια με έναν μαγικό τρόπο αλλά ερμηνεύει στη γλώσσα των μαθηματικών το πώς δημιουργήθηκαν οι προϋποθέσεις στο Σύμπαν, ώστε να εκδηλώσουν τα σωματίδια τη συγκεκριμένη ιδιότητά τους.
Σύμφωνα με την εικόνα της λίμνης – πεδίου Higgs, τα σωματίδια Higgs είναι τα μόρια του νερού που συνθέτουν τη λίμνη. Τα υπόλοιπα σωματίδια είναι τα πάσης φύσεως σώματα που κινούνται μέσα στο νερό με μεγαλύτερη ή μικρότερη δυσκολία. Το Καθιερωμένο Πρότυπο έχει ερμηνεύσει όλα τα «σώματα» που κινούνται μέσα στο «νερό», τη μάζα τους βάσει της ύπαρξης του νερού, τη συμπεριφορά τους στις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις, καθώς και προέβλεψε κάποια νέα σώματα που έπρεπε να βρεθούν μέσα σ’ αυτό. Οι ερμηνείες και οι προβλέψεις του Προτύπου ήταν απολύτως επιτυχείς, αλλά δεν ανιχνεύτηκε το ίδιο το νερό. Προς το παρόν τουλάχιστον δε γνωρίζουμε τον τρόπο να ανιχνεύσουμε άμεσα τα μόρια του νερού της λίμνης165. Έτσι τα σωματίδια Higgs που προσπαθούμε να ανιχνεύσουμε «είναι τα μικρά “κυματάκια” που δημιουργούνται στην λίμνη όταν ταρακουνήσουμε το νερό της. Το ταρακούνημα που προκαλείται από τον μεγάλο επιταχυντή δημιουργεί τέτοια “κυματάκια”. Και αυτά μοιάζει να παρατηρήσαμε!»166. Αξίζει να αναφέρουμε πως και τα ίδια τα σωματίδια Higgs που συγκροτούν το πεδίο Higss παίρνουν τη μάζα τους κατά την αλληλεπίδρασή τους με το πεδίο. Αυτά υφαίνουν το πεδίο και καθώς δημιουργούν το ομοιόμορφο φόντο, το συμπύκνωμα Higgs, αποκτούν και τη δυσκολία απομάκρυνσής τους από αυτό, δηλαδή τη μάζα τους. Επιπλέον πρέπει να πούμε ότι ενώ τα σωματίδια Higgs διαφέρουν από τα σωματίδια της γνωστής ύλης, που είναι έτσι και αλλιώς φερμιόνια, διαφέρουν και από τα σωματίδια – φορείς των δυνάμεων που είναι μποζόνια· αυτό από μαθηματικής πλευράς οφείλεται στο ότι έχουν spin μηδενικό σε αντίθεση με τα μποζόνια – φορείς που έχουν spin διάφορο του μηδενός· σε επίπεδο ποιοτικό η ειδοποιός διαφορά έγκειται στο ότι τα σωματίδια – φορείς δυνάμεων ασκούν δυνάμεις που επιταχύνουν ή επιβραδύνουν τα σωματίδια της ύλης, μεταβάλλοντας ταυτόχρονα την ενέργειά τους, ενώ τα μποζόνια Higgs δεν ασκούν τέτοιας φύσης δυνάμεις, ώστε να μεταβάλλουν την ενέργεια των σωματιδίων με τα οποία αλληλεπιδρούν· «επιβραδύνουν» όλα τα σωματίδια κατά την αλληλεπίδρασή τους, ώστε να εκδηλώσουν την αδράνεια – μάζα τους, αλλά η μείωση της ενέργειας κατά την επιβράδυνση είναι ίση με την τιμή της μάζας που εμφανίζει το κάθε σωματίδιο. Με τον τρόπο αυτό το συνολικό ποσό υλοενέργειας του σωματιδίου παραμένει σταθερό, ενώ οποιοδήποτε άλλο πεδίο, ασκώντας δυνάμεις σε ένα σωματίδιο, μεταβάλλει την συνολική του υλοενέργεια. Δικαίως λοιπόν τα σωματίδια αυτά αναγνωρίζονται ως άκρως ιδιαίτερα για τον τρόπο με τον οποίο υπάρχουν και ενεργούν.
Σημειώσεις
160. Howard E. Haber, University of California, Santa Cruz, Το μποζόνιο Higgs, ένα θεμελιώδες σωματίδιο που προβλέφθηκε θεωρητικά από τον Peter Higgs, ίσως να κρύβει το κλειδί στην ερώτηση γιατί τα στοιχειώδη σωματίδια έχουν μάζες; Εξηγώντας τον συσχετισμό, η σκέψη μου τρέχει στο γνωστό παράδοξο, «Εάν ο ήχος δεν μπορεί να διαδοθεί στο κενό, γιατί οι ηλεκτρικές σκούπες(*) κάνουν τόσο θόρυβο;» Αυτός ο γρίφος αγγίζει πραγματικά μία σπουδαία κατάκτηση της σύγχρονης Φυσικής: το κενό - ή αλλιώς ο κενός χώρος - κάθε άλλο παρά κενό είναι. Είναι κυριολεκτικά «θορυβώδες» και γεμάτο δυνητικά σωματίδια και πεδία δυνάμεων. Η προέλευση της μάζας φαίνεται να είναι συνυφασμένη με αυτό το φαινόμενο.
Στην θεωρία της σχετικότητας, υπάρχει σημαντική διαφορά μεταξύ σωματιδίων με και χωρίς μάζα: Κάθε άμαζο σωματίδιο ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός, ενώ τα σωματίδια με μάζα δεν μπορούν να αγγίξουν ποτέ αυτό το όριο ταχύτητας. Πως προκύπτει η μάζα στα υποατομικά σωματίδια; Ο Higgs πρότεινε πως το κενό περιέχει ένα «πανταχού παρών» πεδίο που μπορεί να επιβραδύνει κάποια (ειδάλλως άμαζα) στοιχειώδη σωματίδια - όπως ένα δοχείο με μέλι επιβραδύνει μία σφαίρα μεγάλης ταχύτητας. Τέτοια σωματίδια θα συμπεριφέρονται σαν σωματίδια με μάζα, που ωστόσο ταξιδεύουν με ταχύτητες μικρότερες αυτής του φωτός. Άλλα σωματίδια - όπως τα φωτόνια - είναι απρόσβλητα στο πεδίο: δεν επιβραδύνονται και παραμένουν άμαζα.
Αν και το πεδίο Higgs δεν είναι καθεαυτό μετρήσιμο, επιταχυντές μπορούν να το διεγείρουν και να απελευθερώσουν ανιχνεύσιμα σωματίδια που ονομάζονται μποζόνια Higgs. Μέχρι στιγμής, πειράματα με τους πιο ισχυρούς επιταχυντές στον κόσμο δεν έχουν παρατηρήσει κανένα μποζόνιο Higgs, αλλά άμεσα πειραματικά δεδομένα υποδεικνύουν πως οι φυσικοί των στοιχειωδών σωματιδίων είναι μπροστά σε μία μεγάλη ανακάλυψη.
http://www.physics.ntua.gr/POPPHYS/60/higgs_boson.html
161. Υπενθυμίζουμε ότι τα σωματίδια Higgs ως μποζόνια δεν υπακούν στην απαγορευτική αρχή του Pauli, που σημαίνει ότι μπορούν να δημιουργούν συμπυκνώματα και να συνθέτουν το πεδίο – συμπύκνωμα Higgs. Τα μποζόνια συμπεριφέρονται σαν τα πούλια στο τάβλι που μπορούν να καταλάβουν την ίδια θέση και έτσι να δημιουργούν στήλες – συμπυκνώματα. Αντίθετα τα σωματίδια που αποτελούν τα συστατικά των γνωστών υλικών σωμάτων είναι φερμιόνια και δεν μπορούν να καταλάβουν την ίδια θέση, με αποτέλεσμα να μη μπορούν να δημιουργούν συμπυκνώματα· συμπεριφέρονται σαν τα πιόνια στο σκάκι, όπου σε κάθε τετραγωνάκι μπορεί να βρίσκεται μόνο ένα πιόνι. Έτσι στον χώρο των μαθηματικών οι διαφορετικές μαθηματικές ιδιότητες των σωματιδίων αποκαλύπτουν όχι τη διαφορετική φύση τους, αλλά τη διαφορετική συμπεριφορά τους και επομένως τον διαφορετικό τρόπο με τον οποίο μπορούμε να τα αντιλαμβανόμαστε είτε με τις αισθήσεις μας, είτε με τη νόησή μας.
162. Πράγματι, ένα φορτηγό ξεκινάει πιο δύσκολα από μία μοτοσικλέτα λόγω της μεγαλύτερης μάζας – αδράνειάς του· το ίδιο ισχύει και για την ακινητοποίησή του.
163. Γούναρης Ι. Γεώργιος, Το σωμάτιο Higgs και η φιλοσοφία του, http://users.auth.gr/~gounaris/omilies/Higgs-phil.pdf
164. Γούναρης Ι. Γεώργιος, Το σωμάτιο Higgs και η φιλοσοφία του, όπ. παρ.
165. Αν και το πεδίο Higgs δεν είναι καθεαυτό μετρήσιμο, επιταχυντές μπορούν να το διεγείρουν και να απελευθερώσουν ανιχνεύσιμα σωματίδια Higgs. Βλ. Howard E. Haber, University of California, Santa Cruz, Το μποζόνιο Higgs, http://www.physics.ntua.gr/POPPHYS/60/higgs_boson.html
166. Γούναρης Ι. Γεώργιος, Το σωμάτιο Higgs και η φιλοσοφία του, http://users.auth.gr/~gounaris/omilies/Higgs-phil.pdf
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου