Το πρώτο φαινομενολογικό προφίλ του μποζονίου Higgs

Posted on 15/11/2013

2


… από τους Ellis, Gaillard και Νανόπουλο

Στην ανάρτηση σχετικά με την ελληνική συνεισφορά στην ανακάλυψη του μποζονίου Higgs γίνεται αναφορά στην εργασία των John Ellis, Mary K. Gaillard και του Δημήτρη Νανόπουλου, με τον τίτλο: «A phenomenological profile of the Higgs boson», Nucl. Phys. B106 (1976) 292.
Πρόκειται για την πρώτη δημοσίευση που εξέταζε τα χαρακτηριστικά του μποζονίου Higgs και τους πιθανούς τρόπους ανίχνευσής του. Σ’ αυτήν παρουσιαζόταν ο πρώτος υπολογισμός της διάσπασης του μποζονίου Higgs σε ένα ζεύγος φωτονίων, ένα από τα κανάλια που χρησιμοποιήθηκε στα πειράματα ATLAS και CMS για την ανίχνευση του Higgs το 2012.

H Mary Gaillard, o John Ellis, και ο Δημήτρης Νανόπουλος την εποχή συγγραφής της εργασίας “A phenomenological profile of the Higgs boson”.

H Mary Gaillard, o John Ellis, και ο Δημήτρης Νανόπουλος την εποχή που έγραφαν την εργασία “A phenomenological profile of the Higgs boson”.

Αξίζει τον κόπο να αναφέρουμε ακόμη μερικά πράγματα σχετικά μ’ αυτή την ιστορική πλέον δημοσίευση.

Η «θερμή υποδοχή» του Νανόπουλου στην Ελλάδα το 1975

==> Ο Δημήτρης Νανόπουλος, σε ομιλία του στο Θερινό Σχολείο 2013 που διοργάνωσε το ΕΚΕΦΕ “Δημόκριτος”, θυμήθηκε τις αποδοκιμασίες και το κράξιμο που υπέστη, όταν προς το τέλος του 1975 ήρθε στην Ελλάδα για να παρουσιάσει την εργασία σχετικά με το μποζόνιο Higgs που μόλις είχε δημοσιευθεί:
«θυμάμαι … είχα έρθει τον Δεκέμβριο του 1975, το paper είχε δημοσιευθεί τον Οκτώβριο του 1975, είχα έρθει εδώ στον Δημόκριτο και έκανα μια σχετική ομιλία, …. και τους είπα για το Higgs κ.λπ., το τι είχε γίνει από κάτω, μέχρι που αυγά δεν μου πετάγανε, ναι μέχρι και αυγά δεν μου πετάγανε εκείνη την εποχή … να δείτε τι έχω περάσει … και τι είναι αυτά ρε, όλα αυτά τα ειρωνικά τα “ελληνικά” … που μας φέρανε εδώ που μας φέρανε σήμερα …. και που είναι τώρα αυτοί οι κύριοι; ούτε τους ξέρετε. Αλλά ξέρετε τα παράγωγά τους …» (ακούστε από το 47:20 και μετά, στο βίντεο της ομιλίας που βρίσκεται ΕΔΩ)

Η περιγραφή ενός καταζητούμενου σωματιδίου

==> Ο Ιan Sample, στο βιβλίο του «Higgs, το σωματίδιο του θεού» (εκδόσεις Τραυλός) περιγράφει τα εξής:
«(…) Στην ανάπαυλα μεταξύ της εύρεσης των ουδέτερων ρευμάτων και των πρώτων ιχνών των σωματιδίων W και Ζ, οι θεωρητικοί του CERN εργάστηκαν στο πως θα έπρεπε να είναι το σωματίδιο Higgs, εάν αυτό παρατηρούνταν από κάποιον επιταχυντή. Μέσα σε σαράντα οχτώ σελίδες εξέθεταν αυτό που θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως το ισοδύναμο για τους φυσικούς της φωτογραφίας ενός συλληφθέντος.
Αντί να περιγράφουν τα χαρακτηριστικά του προσώπου, το άρθρο εξηγούσε πως το σωματίδιο Higgs θα δημιουργείτο στις συγκρούσεις, σε τι είδους σωματίδια θα διασπαζόταν και τις πιθανότητες παρατήρησής του σε διαφορετικές μηχανές.
Τέλος, παρείχε έναν προσεγγιστικό υπολογισμό του χρόνου ζωής του, μια τιμή που κυμαινόταν μεταξύ των 600 μικροδευτερολέπτων και του ενός δισεκατομμυριοστού του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.
Το άρθρο είχε γραφεί από τον Τζον Έλις, τη Μέρι Γκαϊγιάρντ και τον Δημήτρη Νανόπουλο – όλοι τους ερευνητές του CERN – ξεκινούσε με μια προειδοποίηση: “Η κατάσταση όσον αφορά τα μποζόνια Higgs δεν είναι ικανοποιητική. Θα πρέπει πρώτα απ’ όλα να επισημανθεί ότι μπορεί κάλλιστα να μην υπάρχουν”, έγραφαν οι ερευνητές. Έκλειναν την προειδοποιήσή τους απολογούμενοι στους πειραματικούς που εργάζονταν στον επιταχυντή για το γεγονός ότι δεν είχαν ιδέα σχετικά με το ποια ήταν η μάζα του μποζονίου Higgs. Το άρθρο συνέχιζε προεξοφλώντας τις τεχνικές δυσκολίες που ούτως ή άλλως παρουσίαζε η εύρεση του σωματιδίου Higgs και κατέληγε: “Για τους λόγους αυτούς, δεν θέλουμε να ενθαρρύνουμε μεγάλα πειραματικά προγράμματα για το μποζόνιο Higgs, αλλά πιστεύουμε ότι όσοι εκτελούν πειράματα ευαίσθητα στο μποζόνιο Higgs θα πρέπει να γνωρίζουν πως αυτό θα μπορούσε να εμφανιστεί.”nano

H περίληψη της εργασίας των John Ellis, Mary K. Gaillard, και Δημήτρη Νανόπουλου, με τίτλο: "A phenomenological profile of the Higgs boson"

H περίληψη της εργασίας των John Ellis, Mary K. Gaillard, και Δημήτρη Νανόπουλου

Το άρθρο δεν θα μπορούσε να είναι πιο επιφυλακτικό, ωστόσο έδωσε στους επιστήμονες κάποιες πρώτες ενδείξεις σχετικά με τον τρόπο αναζήτησης του σωματιδίου Higgs.(…)
(…) O Έλις, που μοιάζει εξαιρετικά με τον συμπαθητικό μάγο του Τόλκιν, τον Γκάνταλφ, σπούδαζε στο Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ όταν ο Πολ Ντιράκ έκανε εκεί τις τελευταίες διαλέξεις του στην κβαντική θεωρία, τη δεκαετία του 1960, ενώ ήρθε στο CERN το 1973.
Εργαζόταν σε ένα γραφείο στο τέλος του διαδρόμου όταν άρχισε να αναζητά το σωματίδιο Higgs με έναν άκρως πειραματικό τρόπο το 1976. Εκείνη τη χρονιά, ο ίδιος και οι συνάδελφοί του Μαρί Γκαϊγιάρ και Δημήτρης Νανόπουλος δημοσίευσαν την πιο λεπτομερή περιγραφή του μποζονίου Higgs και περιέγραψαν πως ήταν πιθανό να αποκαλυφθεί στα πειράματα του επιταχυντή σωματιδίων.
“Ελάχιστοι ενδιαφέρονταν για το μποζόνιο εκείνες τις μέρες», θυμάται ο Έλις. «Ποτέ δεν σκέφτηκα πόσο πολύ μπορεί να έπαιρνε για να το βρούμε”.
Τα χρόνια μετά τη δημοσίευση του άρθρου του Έλις, οι επιστήμονες ήρθαν, κατά τα φαινόμενα, υπερβολικά κοντά στην ανακάλυψη του φευγαλέου σωματιδίου. Στον μαυροπίνακα, ο Έλις αρπάζει μια κιμωλία και γράφει τι έχουμε μάθει μετά από μια και πλέον δεκαετία αναζήτησης στο CERN και στον επιταχυντή Tevatron του Fermilab. Σύμφωνα με την τελευταία μηχανή σύγκρουσης σωματιδίων του CERN, τον επιταχυντή LEP, το σωματίδιο Higgs έπρεπε να έχει μάζα μεγαλύτερη από 114,4 GeV. Μέχρι τον Ιούλιο του 2010, ο επιταχυντής Tevatron είχε αποκλείσει ένα σωματίδιο με μάζα μεταξύ 158 και 175 GeV. Λαμβάνοντας υπόψη και άλλα πειραματικά αποτελέσματα, προκύπτει ότι η πιθανότερη τιμή για τη μάζα του Higgs κυμαίνεται από τα 115 μέχρι τα 130 GeV (….)»

Αυτά τα έλεγε ο Έλις πριν το 2010 (το βιβλίο του Ian Sample εκδόθηκε το 2010). Τελικά το σωματίδιο Higgs ανιχνεύθηκε τον Ιούλιο του 2012 και η μάζα του προσδιορίστηκε  στα 125.7 GeV.

38 χρόνια μετά

==> Στις αρχές του 2012, λίγους μήνες πριν την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs, η τρεις ερευνητές που το 1975 έγραψαν το άρθρο “A phenomenological profile of the Higgs boson” , oι John Ellis, Mary K. Gaillard, και Δημήτρης Νανόπουλος, βρέθηκαν για άλλη μια φορά συν-συγγραφείς, σε ένα νέο άρθρο με τίτλο: «A Historical Profile of the Higgs Boson», στο οποίο περιγράφουν τις κυριότερες ιστορικές εξελίξεις όσον αφορά την φυσική του σωματιδίου Higgs κατά τον τελευταίο μισό αιώνα.