International Physics Masterclasses

Νέα Φυσική

Συγκρούοντας πρωτόνια με όλο και μεγαλύτερη ενέργεια και σε όλο μεγαλύτερη συχνότητα, o LHC συνεχίζει το συναρπαστικό “ταξίδι” του προς την “νέα φυσική”, επιτρέποντας στους φυσικούς όλου του κόσμου να εξερευνήσουν ως τώρα ανεξερεύνητες περιοχές γεμάτες υποσχέσεις.

Έχουμε εισάγει το μποζόνιο Ζ' ως τμήμα αυτής της έρευνας για νέα φυσική στον LHC. Το σωματίδιο αυτό είναι ένας βαρύς σύντροφος του μποζονίου Ζ, που προβλέπεται από ορισμένες θεωρίες πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου (ΚΠ) οι οποίες εισάγουν μια νέα ασθενή δύναμη.

Ας συγκεντρωθούμε σε δύο από τα μεγαλύτερα σύγχρονα αινίγματα της φυσικής: την φύση της σκοτεινής ύλης (ΣΥ) και την συμπεριφορά της Βαρύτητας σε μικροσκοπική κβαντική κλίμακα.

Αστρονομικές παρατηρήσεις που σχετίζονται με βαρυτικά φαινόμενα μας υποδεικνύουν ότι 85% της ύλης του σύμπαντος είναι σκοτεινή ενώ η συνηθισμένη ύλη (άτομα που αποτελούνται από ηλεκτρόνια καθώς και άνω και κάτω κουάρκ) συνεισφέρουν μόνο 5% στο περιεχόμενο του σύμπαντος. Δημοφιλή σωματίδια ΣΥ είναι τα λεγόμενα “ασθενώς αλληλεπιδρώντα βαριά σωματίδια (weakly interactiong massive particles, WIMPs). Τέτοια σωματίδια προβλέπονται στις δημοφιλέστερες επεκτάσεις του ΚΠ μέσω της υπερσυμμετρίας.

Σε αναλογία με τις άλλες δυνάμεις της φύσης, η δύναμη της βαρύτητας πιστεύεται ότι διαδίδεται μέσω του βαρυτονίου το οποίο δεν έχει παρατηρηθεί έως σήμερα. Παρ' όλο που δεν υφίσταται ικανοποιητική κβαντική περιγραφή της βαρύτητας, οι θεωρίες των Υπερχορδών εισάγουν με πολύ κομψό τρόπο την βαρύτητα στο θεωρητικό οικόδομημά τους. Η έννοια του σωματιδίου αντικαθίσταται από εκτεταμένα αντικείμενα – τις χορδές – σε χώρο με 10 ή 11 διαστάσεις, επομένως απαιτούνται 6 ή 7 επιπλέον διαστάσεις.

Υπάρχουν πράγματι παραπάνω διαστάσεις από τις 3 χωρικές που γνωρίζουμε, γεγονός που θα επέτρεπε σε βαρυτικά φαινόμενα όπως μικροσκοπικές μελανές οπές και βαρυτόνια να παρατηρηθούν στην εποχή του LHC;

Τέτοια φαινόμενα, αν υφίστανται, θα μπορούσαν να παρατηρηθούν και να μελετηθούν από τα πειράματα ATLAS και CMS στον LHC.