Δημήτρης Β. Νανόπουλος: Οι εξέχουσες ανακαλύψεις της δεκαετίας

Ζούμε σε μια εποχή υπερβολής. Λόγω αυτής της διαπίστωσης, οι λέξεις που χρησιμοποιούμε για να περιγράψουμε κάτι το εξέχον και μεγάλο έχουν χάσει την αξία τους. Βομβαρδιζόμαστε καθημερινά από τα ΜΜΕ, τα social media για μεγάλες ανακαλύψεις που θα αλλάξουν τον κόσμο, θα αλλάξουν τη ζωή μας, θα αλλάξουν τον άνθρωπο, το περιβάλλον, το μέλλον. Μετά την παρέλευση του Warhol δεκαπεντάλεπτου δημοσιότητας, διαπιστώνουμε ότι αυτές πέφτουν βέβαια στο πηγάδι της λησμονιάς.

Ας δούμε όμως μερικές περιπτώσεις όπου οι λέξεις «εξέχουσα ανακάλυψη» δίνουν μια ακριβή περιγραφή. Θα εστιάσω στη Φυσική και πιο συγκεκριμένα στον τομέα της Φυσικής των Στοιχειωδών Σωματιδίων και της Κοσμολογίας, που τα τελευταία περίπου 40 χρόνια έχουν δημιουργήσει έναν νέο κλάδο της Φυσικής, την Αστροσωματιδιακή Φυσική. Εδώ, πράγματι έχει συντελεστεί ένα μικρό θαύμα ως προς την ποικιλία και το μέγεθος των ανακαλύψεων. Αναφέρομαι σε δύο ανακαλύψεις. 

Α) Μποζόνιο του Higgs (Higgs Boson)

Ας ξεκινήσουμε με την ανακάλυψη του Μποζονίου του Higgs στον Large Hadron Collider (LHC), στο CERN, στη Γενεύη της Ελβετίας τον Ιούλιο του 2012, από τις μεγάλες πειραματικές ομάδες ATLAS και CMS, ακολουθώντας τον τρόπο που είχαμε προτείνει μαζί με τον John Ellis και τη Mary K. Gaillard από το 1975 και τον οποίο συμπληρώσαμε το 1978, μαζί με τον Sheldon Glashow, τον Howard Georgi και τη Marie Machacek. Γιατί όμως ειδικά η ανακάλυψη αυτού του σωματιδίου θεωρείται πολύ μεγάλη; Γιατί απλούστατα αυτό το σωματίδιο, ή καλύτερα ο μηχανισμός Brout-Englert-Higgs, του οποίου απόρροια είναι το σωματίδιο Higgs, είναι η πηγή της μάζας των σωματιδίων από τα οποία είμαστε όλοι φτιαγμένοι. Αν τα σωματίδια δεν είχανε μάζα θα τρέχανε με την ταχύτητα του φωτός, όπως ακριβώς τα φωτόνια, και έτσι δεν θα μπορούσαν να συνευρεθούνε και να κτίσουνε δομές στο Σύμπαν όπως τις ξέρουμε. Άρα θα δημιουργούσαν ένα βαρετό Σύμπαν γεμάτο σωματίδια που απλά θα τριγυρνάγανε μόνα τους…

Είναι πάρα πολύ δύσκολο να υπερτιμηθεί μια τέτοια ανακάλυψη, η ανακάλυψη δηλαδή ενός σωματιδίου/πεδίου του Higgs που διαπερνά ολόκληρο το Σύμπαν, σαν το βαρυτικό πεδίο, και είναι η πηγή της μάζας, καθώς πρόκειται, θα έλεγα, για μια «Συμπαντική» ανακάλυψη που οδήγησε επάξια στη Στοκχόλμη τους Francois Englert και Peter Higgs, να παραλαμβάνουν το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής τον επόμενο χρόνο, το 2013. 

B) Ανισοτροπία στην Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου

Γνωρίζοντας την πηγή της μάζας, δηλαδή το σωματίδιο Higgs, δεν ήταν αρκετό να καταλάβουμε με ποιον τρόπο συγκεκριμένα δημιουργήθηκαν οι μεγάλες δομές στο Σύμπαν, δηλαδή οι γαλαξίες, που μεταξύ άλλων, δηλαδή μεταξύ 100 δισεκατομμυρίων γαλαξιών και 100 δισεκατομμυρίων αστεριών ανά γαλαξία είναι και ο ήλιος μας. Για να δημιουργηθούν όλα αυτά απαιτούνται διακυμάνσεις της συμπαντικής ενεργειακής πυκνότητας, ώστε εκεί που υπάρχουν μεγαλύτερες πυκνότητες από τη μέση τιμή, χρησιμοποιώντας την ελκτική βαρυτική δύναμη να δημιουργείται συσσώρευση μάζας, που σιγά σιγά καταλήγει στις μεγάλες δομές… 

Το 2013 το ιπτάμενο τηλεσκόπιο PLANCK, της European Space Agency, ανακάλυψε, με εξαιρετική ακρίβεια, ανισοτροπίες στην κοσμική θερμοκρασία Υποβάθρου, T02,73 K, της τάξεως  που συνεπάγονται διακυμάνσεις, στη συμπαντική ενεργειακή πυκνότητα της ίδιας τάξης μεγέθους, δηλαδή. Μάλιστα, αυτές οι διακυμάνσεις δημιουργήθηκαν στα πρώτα 10-30 του δευτερολέπτου, και γιγαντώθηκαν, δηλαδή απέκτησαν κοσμολογική διάσταση, λόγω των φαινομένων του Κοσμολογικού Πληθωρισμού (Cosmological Inflation). Ο Κοσμολογικός Πληθωρισμός προκάλεσε μια εκθετική διαστολή του Σύμπαντος στην αρχή του (10-30s) και μετά το Σύμπαν πέρασε στην «κανονική» του αδιαβατική διαστολή… Κατά τον απειροελάχιστο χρόνο ζωής της πληθωριστικής περιόδου, αποτυπώνονται στο τότε κβαντικό Σύμπαν αυτές οι κβαντικές διακυμάνσεις της ενεργειακής πυκνότητας, που λόγω της εκθετικής διαστολής έγιναν 1030 φορές μεγαλύτερες σε έκταση, δηλαδή απέκτησαν κοσμολογικές διαστάσεις…

Καταλαβαίνουμε λοιπόν την αξία αυτών των παρατηρήσεων του ιπτάμενου τηλεσκοπίου PLANCK που υποστηρίζουν πειραματικά τον κοσμολογικό πληθωρισμό και μας ανοίγουν διάπλατα ένα μεγάλο παράθυρο για την Αρχή του Σύμπαντος. Με άλλα λόγια, με τη βοήθεια αυτών των παρατηρήσεων καταφέρνουμε σήμερα να απαντήσουμε στο προαιώνιο κοσμολογικό ερώτημα «Πώς εμφανίστηκε το Σύμπαν;» Ήταν απλά μια τυχαία κβαντική διακύμανση! Τώρα ξέρουμε από πού ερχόμαστε…
Ευτυχισμένο το 2020.

* Ο Δ.Ν. είναι Τακτικό Μέλος της Ακαδημίας Αθηνών, διακεκριμένος Καθηγητής Φυσικής Υψηλών Ενεργειών Πανεπιστημίου Texas A&M, Η.Π.Α