Γιάννης Ηλιόπουλος: Η προέλευση της μάζας

Posted on 21/12/2019

0


PROELEYSHMAZASsite

ΓΙΑΝΝΗΣ ΗΛΙΟΠΟΥΛΟΣ: «Η ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΗΣ ΜΑΖΑΣ, Στοιχειώδη σωματίδια και θεμελιώδεις συμμετρίες». Μετάφραση: Πέτρος Δήτσας

Ο Γιάννης Ηλιόπουλος(*), ένας από τους συνδιαμορφωτές του Καθιερωμένου Μοντέλου των θεμελιωδών σωματιδίων και δυνάμεων, εξηγεί βήμα-βήμα, με σαφήνεια και εύστοχη έμφαση στα ουσιώδη, όλα όσα απαιτούνται για να κατανοηθεί η φυσική δια­δικασία που κατά τις πρώτες στιγμές της κοσμικής εξέλιξης προσέδωσε μη μηδενικές μάζες στα περισσότερα στοιχειώδη σωματίδια. Η πρωτοφανής δημοσιότητα που προκάλεσε η ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs στο CERN το 2012 οφείλεται ακριβώς στο ότι ήταν το πολυαναμενόμενο απτό τεκμήριο αυτής της –καθοριστικής για τη μορφή του κόσμου– διαδικασίας.
Αφού εισαγάγει τις απαραίτητες γνώσεις σύγχρονης κοσμολογίας, ο Γιάννης Ηλιόπουλος διευκρινίζει την έννοια των φυσικών συμμετριών και των ρήξεών τους κατά τις μεταβάσεις φάσης, καθώς και τον ρόλο τους στη συγκρότηση του Καθιερωμένου Μοντέλου. Αναδεικνύει τον τρόπο με τον οποίο τρία βασικά στοιχεία της συγκρότησης αυτής οδηγούν, το καθένα χωριστά, σε προβλήματα μάζας, καθώς απαιτούν να μηδενίζονται οι μάζες όλων σχεδόν των στοιχειωδών σωματιδίων. Στη συνέχεια, εξηγεί τη «θαυματουργή» φυσική διαδικασία που λύνει τα προβλήματα μάζας, όταν τα τρία αυτά στοιχεία συνδυαστούν σε ενιαία δυναμική, όπως συμβαίνει στο Καθιερωμένο Μοντέλο και, γενικότερα, σε θεωρίες με τοπικές συμμετρίες και αυθόρμητη ρήξη επιλεγμένων συμμετριών. Τέλος, μετά την επισκόπηση των πειραματικών επιβεβαιώσεων του Καθιερωμένου Μοντέλου, ο συγγραφέας εξηγεί πώς οδηγούμαστε σήμερα στην πειστική σύνδεση των πρώιμων κοσμολογικών φαινομένων με τη φυσική υψηλών ενεργειών στο μικροσκοπικό επίπεδο. Δύο Παραρτήματα συνοψίζουν τις βασικές πληροφορίες που απαιτούνται για την πληρέστερη κατανόηση του βιβλίου από αναγνώστες χωρίς προηγούμενες γνώσεις υποβάθρου.
Διαβάστε ένα απόσπασμα από το βιβλίο ΕΔΩ

(*) Ο Γιάννης Ηλιόπουλος είναι Ομότιμος Διευθυντής Ερευνών του CNRS, μέλος του Εργαστηρίου Θεωρητικής Φυσικής της École Normale Supérieure (Παρίσι)

Πηγή: https://www.cup.gr/book/i-proeleysi-tis-mazas-2/

Διαβάστε επίσης: «Mass Appeal»

(νεώτερη ενημέρωση 25/2/2020)

Η γονιμότητα της συμμετρίας

Η μάζα, το βάρος, η ιστορία της κοσμολογίας και άλλα θεωρήματα αναπτύσσονται εντέχνως από τον Γιάννη Ηλιόπουλο στο βιβλίο του «Η προέλευση της μάζας», από τις Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης

higgsΠώς να εξηγήσει κανείς το νόημα της «αυθόρμητης ρήξης της συμμετρίας» ή των «τοπικών εσωτερικών συμμετριών» που είναι ουσιώδεις έννοιες για την κατανόηση της σύγχρονης φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων; Ενώ η μαθηματική περιγραφή αυτών των εννοιών είναι σαφέστατη, η προσεγγιστική μετάφρασή τους στην καθημερινή γλώσσα απαιτεί την υπέρβαση μερικών συνηθισμένων τρόπων σκέψης».

Αυτό είναι ένα απόσπασμα από τον πρόλογο του Φρανσουά Ενγκλέρ στο βιβλίο «Η προέλευση της μάζας». Είναι καθηγητής Θεωρητικής Φυσικής στο Ελεύθερο Πανεπιστήμιο των Βρυξελλών, που συμμετείχε στις έρευνες για το σωματίδιο Χιγκς (ήταν μέλος της τριάδας Brout-Englert-Higgs, γνωστής και ως B-E-H) και τελικά τιμήθηκε το 2013 με το βραβείο Νομπέλ στη Φυσική.

Από τον πρόλογο λοιπόν που έχει γράψει ένας νομπελίστας καθηγητής κάνοντας λόγο και για τον «άθλο να συνοψίσει (ο Γιάννης Ηλιόπουλος), σε μόλις εκατό και κάτι σελίδες μια σειρά από έννοιες και θέματα μη οικεία στο γενικό κοινό», καταλαβαίνεις πως πρόκειται για ένα σημαντικό βιβλίο.

Άλλο η μάζα, άλλο το βάρος

Βέβαια και ο τίτλος ακόμη σε βάζει σε σκέψεις που ίσως να μην είχες κάνει έστω και μία φορά πριν. Στο σχολείο ένα από τα πράγματα που περνούσαν αμάσητα στον εγκέφαλο του μαθητή ήταν το γνωστό «άλλο είναι η μάζα, άλλο είναι το βάρος». Στη συνέχεια όλα τα προβλήματα είχαν να κάνουν με το βάρος, τη δύναμη που ασκεί η Γη στα σώματα. Αλλά ένα πρόβλημα όπως το «γιατί τα σωματίδια, που τελικά έδωσαν τα σημερινά «σώματα», με τη γέννηση του Σύμπαντος απέκτησαν μάζα» πρέπει να έλθει κάποιος να το βάλει στο μυαλό σου. Οπότε μπορεί από εκείνη την στιγμή να μη φύγει ποτέ από εκεί. Γίνεται αντικείμενο αναζήτησης και κάποια στιγμή συνειδητοποιείς ότι πρέπει, για να προχωρήσεις στην όποια κατανόησή του, να μάθεις να καταλαβαίνεις τη διάλεκτο μιας εντελώς άλλης γλώσσας. Δηλαδή όχι μία αλλά δύο δυσκολίες μαζί.

Όπως αναφέρει ο συγγραφέας του βιβλίου, «όντως, δεν είναι προφανές να μαντέψει κανείς τη σημασία για τον μικρόκοσμο, της κοσμολογίας (της επιστήμης δηλαδή που εξετάζει το πώς και γιατί γεννήθηκε το Σύμπαν). Πρώτος μας στόχος θα είναι να καταδείξουμε ότι αυτή η επιλογή είναι δικαιολογημένη αλλά στην πραγματικότητα θέλουμε να προχωρήσουμε και να καταδείξουμε μια βαθιά σύνδεση ανάμεσα στο άπειρα μεγάλο και στο απειροστά μικρό».

Ήδη λοιπόν από τη σελίδα 4 έχει μπει ένας πρώτος στόχος που θα τον συνοδεύσει ένας ακόμη αφού όπως αναφέρει ο συγγραφέας, «με βήματα αυξανόμενων αφαιρέσεων θα οδηγήσουμε τον αναγνώστη προς ένα σύνθετο θεωρητικό οικοδόμημα που αποκαλείται το «καθιερωμένο πρότυπο» (standard model)». Και αυτό για να έχουν δοθεί στον αναγνώστη κάποια εφόδια για την κατανόηση του ρόλου που παίζει το σωματίδιο Χιγκς.

Ρήξεις και μετασχηματισμοί

Στο δεύτερο κεφάλαιο υπάρχει μια εύληπτη σύντομη ιστορία της κοσμολογίας και το νερό αρχίζει να βαθαίνει από τη σελίδα 23, όπου ο συγγραφέας μπαίνει στο πολύ ενδιαφέρον κεφάλαιο των συμμετριών. Διότι οι συμμετρίες είναι η βάρκα που σε περνάει απέναντι. Από τον ορατό κόσμο, όπου ένα τετράγωνο ή μια σφαίρα ο καθένας καταλαβαίνει πως είναι συμμετρικά, μεταφερόμαστε στις εσωτερικές συμμετρίες, δηλαδή «μετασχηματισμούς που δεν επηρεάζουν το σύστημα των συντεταγμένων του χώρου και του χρόνου αλλά μεταβάλλουν τις δυναμικές μεταβλητές του προβλήματος που μελετάμε».

Στη συνέχεια εμφανίζεται ένα ολόκληρο κεφάλαιο σχετικά με την αυθόρμητη ρήξη της συμμετρίας και το θεώρημα του Γκόλντστοουν, όπου «η αυθόρμητη ρήξη συμμετριών επάγει την εμφάνιση σωματιδίων μηδενικής μάζας», κάτι που δυσκόλεψε πολύ τους θεωρητικούς φυσικούς στο να προχωρήσουν στο ποια θα είναι η αιτία για την προέλευση των μαζών. Και βέβαια δεν κάνει κάποιος spoil, δηλαδή δεν δίνει στεγνά τον δράστη και αφαιρεί κάθε ενδιαφέρον από τα παρακάτω αν πει πως στο έκτο κεφάλαιο αποκαλύπτεται ότι η αιτία έχει σχέση με το σωματίδιο Brout-Englert-Higgs.

Διότι υπάρχει κάτι ακόμη πιο ενδιαφέρον στον επίλογο. Η άποψη του συγγραφέα ότι «η καθιερωμένη θεωρία είναι πλήρης. Ολες οι προβλέψεις της έχουν επαληθευτεί εντυπωσιακά. Είναι αυτό το τέλος της ιστορίας; Σε αυτό το τελευταίο κεφάλαιο θα υποστηρίξουμε πως η απάντηση είναι όχι».

Τροφή για σκέψη

Σε επικοινωνία που είχαμε με τον συγγραφέα, στην ερώτηση γιατί δεν γίνεται αναφορά στα σωματίδια axion (στην αρχή μια ανάγκη για τη θεωρία ώστε να μην αποδίδονται φανταστικές ιδιότητες σε πραγματικά σωματίδια) που μάλλον έχει επιβεβαιωθεί πλέον και πειραματικά η ύπαρξή τους (7 Οκτωβρίου 2019 υπήρξε σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature») αλλά η θεωρία γι’ αυτά υπήρχε από το 1977, η απάντηση ήταν πως το βιβλίο απευθύνεται σε ένα ευρύτερο κοινό. Που δείχνει ακριβώς τη θέληση του συγγραφέα να διαβαστεί το βιβλίο και από μη ειδικούς στο θέμα. Παρότι η πυκνότητα της γραφής και έννοιες όπως το ισοσπίν και η παράμετρος τάξης, όταν δεν αναπτύσσονται απόλυτα κατανοητά, μπορεί να αποθαρρύνουν κάποιους από το να συνεχίσουν την ανάγνωση μέχρι τέλους. Πάντως το βιβλίο όταν διαβαστεί σε δεύτερη ανάγνωση γίνεται πολύ πιο κατανοητό και δίνει την αφορμή για περαιτέρω αναζήτηση-εμβάθυνση.

Το κείμενο έχει αποδοθεί πολύ προσεκτικά από τα γαλλικά στα ελληνικά (μόνη διαφωνία η χρήση του όρου «καθιερωμένο μοντέλο» αφού εδώ στην Ελλάδα είναι προτιμότερος ο όρος «καθιερωμένο πρότυπο»). Στο εξώφυλλο έχει γίνει πολύ ευφάνταστη χρήση ενός βασικού διαγράμματος της θεωρίας (το αποκαλούμενο μεξικανικό σομπρέρο) και το αποτέλεσμα που έχει προκύψει είναι εξαιρετικά καλαίσθητο ενώ υπάρχουν, όπως πρέπει πάντα να συμβαίνει, ευρετήρια όρων και ονομάτων.

Πρόκειται για ένα βιβλίο που μπορεί να δώσει πολλά στον υπομονετικό αναγνώστη.

Γαλδαδάς Αλκης – https://www.tovima.gr/2020/02/25/science/i-gonimotita-tis-symmetrias/