Αξιόνια, σκοτεινή ύλη και θεωρία των χορδών

Posted on 05/07/2020

0


Με την ευκαιρία της δημοσίευσης των μετρήσεων από την ομάδα ΧΕΝΟΝ1Τ, το ΒΗΜΑ-Science έθεσε κάποιες σχετικές με το θέμα ερωτήσεις στον κ. Αλέξανδρο Κεχαγιά, καθηγητή Φυσικής στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο και συνεργάτη του Center for Astroparticle Physics της Γενεύης.

Αν υποθέσουμε πως οι μετρήσεις από την ομάδα Gran Sasso National Laboratory in Italy αποδείξουν την ύπαρξη αξιονίων από τον Ηλιο, τι θα σημαίνει αυτό για διάφορους άλλους τομείς της Φυσικής, όπως είναι η θεωρία της υπερσυμμετρίας, και για τη σύσταση της σκοτεινής ύλης;

«Κατ’ αρχάς να πούμε τι είναι τα axion (αξιόνια στα ελληνικά). Αυτά είναι υποθετικά σωματίδια τα οποία εισήγαγαν ο Ρομπέρτο Πετσέι και η Ελεν Κουίν το 1977 (παρεμπιπτόντως, ο Πετσέι απεβίωσε πριν από τέσσερις εβδομάδες περίπου). Ο λόγος της εισαγωγής των υποθετικών αυτών σωματιδίων ήταν ότι μπορούσαν να εξηγήσουν το “ισχυρό CP πρόβλημα”. Να πούμε εδώ ότι η CP συμμετρία είναι ο συνδυασμός της συμμετρίας αντιστροφής στον χώρο (P) και της συμμετρίας συζυγίας φορτίου (C). Τα αξιόνια αλληλεπιδρούν με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (φωτόνια) και ο κύριος τρόπος ανίχνευσής τους είναι μέσω του φαινομένου Primakoff, όπου αξιόνια μετατρέπονται σε φωτόνια και το αντίστροφο σε υπόβαθρο ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Τα αξιόνια έχουν μάζα, η οποία όμως είναι αναγκαστικά σε ένα μικρό παράθυρο μαζών που προσδιορίζεται από κοσμολογικές και αστροφυσικές παρατηρήσεις. Γενικά υπάρχει η εντύπωση ότι τα αξιόνια υπάρχουν στη φύση (ας μην ξεχνάμε και τη ρήση του Pauli: ό,τι δεν απαγορεύεται είναι υποχρεωτικό) και πιστεύω ότι είναι θέμα χρόνου η ανακάλυψή τους. Η ύπαρξη των σωματιδίων αυτών προβλέπεται σε όλα τα υπερσυμμετρικά μοντέλα που έχουμε, αλλά φυσικά η ανακάλυψή τους δεν θα είναι επιβεβαίωση της υπερσυμμετρίας, εκτός και αν μπορεί να ταυτιστεί με κάποιο συγκεκριμένο αξιονικό σωμάτιο που προβλέπει η υπερσυμμετρία. Πιο σημαντική, κατά τη γνώμη μου, θα είναι η επίδραση της ανακάλυψής τους στην κοσμολογία, αφού θα αποτελεί σίγουρα μια συνιστώσα της – ακόμη να αποκρυπτογραφηθεί – σκοτεινής ύλης. Να σημειώσω εδώ ότι τα αξιόνια μελετώνται και στο πλαίσιο των βαρυτικών κυμάτων».

Η θεωρία για την ύπαρξη των αξιονίων έχει κάποια σχέση με τη θεωρία των χορδών; Και αν ναι, πώς επηρεάζει η μία την άλλη;

«Η θεωρία των χορδών προβλέπει έναν μεγάλο αριθμό από αξιονικά πεδία. Τα πεδία αυτά στην ουσία είναι συνιστώσες διαφορετικών πεδίων που ζουν στις επιπλέον διαστάσεις. Σας θυμίζω ότι η θεωρία των χορδών απαιτεί την ύπαρξη επιπλέον διαστάσεων πέραν αυτών που αντιλαμβανόμαστε. Να θυμηθούμε επίσης ότι όλες οι θεωρίες χορδών προβλέπουν την ύπαρξη βαρύτητας (a prosteriori πρόβλεψη, αλλά πάντως πρόβλεψη), μια αλληλεπίδραση τύπου πέμπτης δύναμης που ο φορέας της είναι ένα βαθμωτό πεδίο, το διλατόνιο (υπερσυμμετρικός σύντροφος του αξιονίου) και ένα αξιόνιο. Η ύπαρξη του τελευταίου είναι ανεξάρτητο μοντέλο, αλλά η μάζα του εξαρτάται από το μοντέλο που θα θεωρήσει κανείς. Η ανακάλυψη του αξιονίου ίσως λοιπόν μας αφήσει να πλησιάσουμε πιο κοντά στη θεωρία χορδών που θέλει να περιγράψει το Σύμπαν όπου ζούμε στο πιο στοιχειώδες του επίπεδο».

Η σκοτεινή ύλη πότε εμφανίζεται στη διαδικασία δημιουργίας του δικού μας Σύμπαντος;

«Η σκοτεινή ύλη δεν ήταν ανάγκη να υπάρχει από την αρχή της δημιουργίας του κόσμου. Εμφανίστηκε όταν η ύλη κυριάρχησε της δυναμικής του Σύμπαντος και η σκοτεινή ύλη είναι μια από της συνιστώσες με συντριπτική συνεισφορά στο σύνολο της ύλης που τελικά δημιουργήθηκε».

Υπάρχει πρόγραμμα έρευνας σχετικά με τη σκοτεινή ύλη αυτή τη στιγμή στο CERN; Είτε θεωρητικό είτε πειραματικό, όταν ανοίξει ξανά ο επιταχυντής; Με ποιο σχέδιο ψάχνουν τι;

«Μετά την ανακάλυψη του σωματιδίου Brout-Englert-Higgs στο CERN, υπήρξε έντονη η αισιοδοξία ότι η Φυσική, πέρα από το καθιερωμένο πρότυπο, μας περίμενε στη γωνία να την ανακαλύψουμε. Δυστυχώς για μία ακόμη φορά η φύση αποφάσισε να κρατήσει, τουλάχιστον προς το παρόν, τα μυστικά της. Φυσικά η έρευνα συνεχίζεται και πρέπει να είμαστε πάντα αισιόδοξοι ότι τελικά θα μπορέσουν οι προσπάθειες τόσων ανθρώπων να φέρουν αποτέλεσμα. Ας μην ξεχνάμε ότι πολλές φορές η Φυσική προχωρεί με εκπλήξεις. Ένας από τους πιο σοβαρούς υποψηφίους για Φυσική, πέρα από το καθιερωμένο πρότυπο, είναι η υπερσυμμετρία. Η υπερσυμμετρία, ανάμεσα στα άλλα, προβλέπει και μια πληθώρα σωματιδίων, το ελαφρύτερο από τα οποία θα πρέπει να είναι σταθερό και άρα υποψήφιο και για σκοτεινή ύλη. Αλλά και άλλα σωματίδια σε υπερσυμμετρικές θεωρίες είναι σοβαροί υποψήφιοι για σκοτεινή ύλη. Ποια είναι αυτά τα σωματίδια μένει να το δούμε. Δυστυχώς, αν και δεν έχουμε έλλειψη ιδεών, αυτή τη στιγμή δεν υπάρχουν πειραματικά δεδομένα τα οποία να μας καθοδηγήσουν αποφασιστικά. Έτσι, κατά τη γνώμη μου, αυτό που χρειάζεται είναι να ενισχυθεί η πειραματική προσπάθεια για να μπορέσουμε να απαντήσουμε σε θεμελιώδη ερωτήματα. Σε όλο αυτό το πλαίσιο, δεν μπορεί κανείς να μη σταθεί στο γεγονός ότι η έρευνα στο πολύ μικρό, στον κόσμο δηλαδή των υποατομικών σωματιδίων, μπορεί να δώσει απαντήσεις στο πολύ μεγάλο, δηλαδή στο Σύμπαν που μας περιβάλλει».

πηγή: https://www.tovima.gr/2020/07/05/science/sta-xnaria-tis-skoteinis-ylis/

Ετικέτα: