Δευτέρα, 6 Απριλίου 2015

Όταν το Higgs, ανακατεύεται με την καθημερινότητα μας





image credit: Lucas Taylor/CMS σύμφωνα με το livescience

Δισεκατομμύρια δαπανήθηκαν για την κατασκευή του LHC (Large Hadron Collider) ή Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων. Η χώρα μας έχει ετήσια συνδρομή 17 εκατομμυρίων. Γιατί όμως δαπανώνται τόσα χρήματα; Ποιο το όφελος για την κοινωνία;

Πριν απ’ όλα, τι χτίσαμε με όλ’ αυτά τα έξοδα; Ο μεγάλος επιταχυντής αδρονίων, αποτελείται από υπεραγώγιμους ηλεκτρομαγνήτες μήκους 27km (χιλιομέτρων) σε κυκλική διάταξη. Οπτικά μπορούμε να το φανταστούμε ως ένα σωλήνα σε διάταξη δακτυλιδιού, περιμέτρου 27km. Στο εσωτερικό του σωλήνα κινούνται πρωτόνια (μπορούμε να τα φανταστούμε ως μπίλιες) με ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Σκοπός των πρωτονίων είναι να συγκρουστούν μετωπικά μεταξύ τους, ώστε να παράξουν μία «έκρηξη». Όπως αντιλαμβάνεστε, θα υπάρχουν δύο δέσμες πρωτονίων που θα κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Η κάθε δέσμη αποτελείται από 100 δισεκατομμύρια πρωτόνια.



Εικόνα 1. Ανιχνευτής ATLAS. Κάτω δεξιά φαίνεται το μέγεθος του ανθρώπου συγκριτικά με το μέγεθος του ανιχνευτή.

Στην περιοχή της σύγκρουσης, υπάρχει ένας ανιχνευτής σωματιδίων μεγέθους δεκαόροφης πολυκατοικίας..!! Σκοπός του είναι ν’ ανιχνεύει σωματίδια και τροχιές σωματιδίων. Ουσιαστικά αποτυπώνει συνεχώς «εικόνες», ως μία φωτογραφική μηχανή υψηλής ανάλυσης.

Η παραπάνω πειραματική διάταξη και διαδικασία, σκοπό έχει τη δημιουργία «ακραίων» καταστάσεων υψηλών ενεργειών. Σε αυτές τις πολύ μεγάλες ενέργειες οι αλληλεπιδράσεις ομαδοποιούνται και εμφανίζονται ως μία, υπό τη σκέπη του μηχανισμού Higgs. Ο μηχανισμός Higgs, προτάθηκε το 1964, με σκοπό να εξηγήσει όλες τις αλληλεπιδράσεις (Βαρυτική, Ασθενής, Ηλεκτρομαγνητική και Ισχυρή) με την ίδια θεωρία, δηλαδή με τον ίδιο τρόπο.

Το πώς αλληλεπιδρούν τα σώματα (με οποιοδήποτε μηχανισμό) μπορούμε να το φανταστούμε ως εξής:  Έστω ένας μαγνήτης. Αν πλησιάσουμε κοντά του κάποιο σιδηρομαγνητικό υλικό, αυτό έλκεται από το μαγνήτη. Διαπιστώνουμε επομένως ότι γύρω από το μαγνήτη υπάρχει ένα πεδίο (μαγνητικό), το οποίο μπορούμε να το φανταστούμε ως ομίχλη γύρω από το μαγνήτη. Όταν εισέρχεται κάτι μες την ομίχλη, αλληλεπιδρά. Με το μηχανισμό Higgs, άρονται οι περιορισμοί μαγνητών, σιδημαγνητικών υλικών, φορτισμένων σωματίων, ουρανίων σωμάτων ή πυρήνων ατόμων και οτιδήποτε βρεθεί μες την ομίχλη αλληλεπιδρά με κάποιο τρόπο..!! Παράλληλα, αυτή η αλληλεπίδραση που δημιουργείται, «απορροφά υδρατμούς από την ομίχλη» κι έτσι αποκτά μάζα, οπότε δημιουργείται κάποιο σωματίδιο..!!

Άρα, τι εξηγείται με τη θεωρία Higgs που επαληθεύθηκε στο Μεγάλο Πείραμα του Cern; Ερμηνεύεται το πώς από το τίποτα (ομίχλη) δημιουργούνται σωματίδια (σταγόνες). Και πως αλληλεπιδρούν όλα τα σώματα και σωματίδια μεταξύ τους.

Πρακτικά όμως, τι εφαρμογή και τι χρησιμότητα υπάρχει σε αυτά;

Για τη δημιουργία του επιταχυντή και των ανιχνευτών του (δεν είναι μόνο ο ATLAS, υπάρχουν και άλλα παράλληλα πειράματα) εφευρέθηκαν και τελειοποιήθηκαν νέες τεχνολογίες αλλά και παρατηρήθηκαν και μελετήθηκαν με μεγάλη ακρίβεια οι διαδικασίες αλληλεπίδρασης των στοιχειωδών σωματιδίων.

Άμεσες εφαρμογές είναι –από τα πρώτα χρόνια κατασκευής- το Διαδίκτυο και οι οπτικές ίνες που τελειοποιήθηκαν κατά την κατασκευή του CERN. Από το PSTN Internet, εκείνο που λειτουργούσε παίρνοντας τηλέφωνο στον κεντρικό υπολογιστή μιας εταιρίας, μετά έκανε κάτι περίεργους ήχους και η ταχύτητά του ήταν απλά ανύπαρκτη, φτάσαμε στη σημερινή μορφή διαδικτύου, που σχεδόν τα πάντα γίνονται διαμέσω αυτού.



Εικόνα 2. Θεραπεία με ακτινοβολία

Χρησιμοποιούνται ακόμα υπεραγωγοί και ισχυροί ηλεκτρομαγνήτες για την κατεύθυνση των δέσμεων των πρωτονίων που βρίσκονται μέσα στον επιταχυντή. Οι υπεραγωγοί είναι καλώδια που επιτρέπουν την κίνηση του ρεύματος, χωρίς αντίσταση, που σημαίνει  ότι δεν το καταναλώνει..!! Χρησιμοποιεί μία μικρή ποσότητα, η οποία υπάρχει για πάντα. Αυτά έχουν εφαρμογές στη βιομηχανία για την ώρα, αλλά σε λίγα χρόνια θα έρθουν και σπίτι μας. Επιπροσθέτως, ηλεκτρομαγνήτες και υπεραγωγοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν στα αυτοκίνητα του μέλλοντος.



Εικόνα 3. Απεικόνηση με χρήση ραδιοφαρμάκων.

Ακόμα, η σύγκρουση πρωτονίων-πρωτονίων αλλά και πριν από το μεγάλο πείραμα, πρωτονίων-αντιπρωτονίων και η μελέτη της συμπεριφοράς τους συναντά εφαρμογές στον τομέα της ιατρικής. Γνωρίζοντας τη συμπεριφορά των στοιχειωδών σωματιδίων, μπορούμε να διαλέξουμε τα κατάλληλα ώστε να ακτινοβολήσουμε όγκους στο εσωτερικό του σώματός μας (καρκίνους) και να τους καταστρέψουμε, χωρίς να βλάψουμε τους γειτονικούς υγιείς ιστούς. Περαιτέρω, βελτιώνουμε τους τρόπους απεικόνισης του εσωτερικού του σώματός μας με χρήση στοιχειωδών σωματιδίων (εξέταση PET, ραδιοφάρμακα).

Μία ακόμα εφαρμογή βρίσκεται στον τομέα Γεωλογίας-Αρχαιολογίας, όπου οι μέθοδοι χρονολόγησης, των διαφόρων ευρημάτων, βελτιώνονται με τη χρήση των ακτινοβολιών που μελετήθηκαν στα πειράματα του CERN.

Τέτοιες είναι οι εφαρμογές στην καθημερινή ζωή των πειραμάτων του CERN. Από το πώς δημιουργηθήκαμε μέσω μιας μικρής αναταραχής στη θάλασσα του Higgs, φτάνουμε στο διαδίκτυο και τη θεραπεία του καρκίνου.

Μεγάλα πειράματα θα γίνονται συνεχώς, ξοδεύοντας μεγάλα ποσά χρημάτων. Τα αποτελέσματά τους θα έχουν επιστημονικό ενδιαφέρον, αλλά στον δρόμο για τα επιστημονικά επιτεύγματα δημιουργούνται εφαρμογές, που βελτιώνουν την ποιότητα της ζωής μας.

Κλείνοντας, παραθέτω την άποψή μου, ότι ανέκαθεν (όχι μόνο σε καιρούς κρίσης) χρήματα πρέπει να επενδύονται σε επιστημονικούς σκοπούς. Μέσω της επιστήμης εξελισσόμαστε και γινόμαστε καλύτεροι, πιο ευφυείς και πιο υγιείς. Στη χώρα μας, η επιστήμη προωθείται μέσα στην πανεπιστημιακή κοινότητα με ερευνητικές ομάδες. Η ορθή λειτουργία των πανεπιστημίων θα μας εξασφαλίσει ένα μέλλον, καθώς φτάνουμε σε σημείο όπου επιστρέφουμε και πάλι στα χρόνια της μετανάστευσης και οι μισές οικογένειες να έχουν πια τουλάχιστον ένα μέλος τους στο εξωτερικό, αφού οι γνώσεις του είναι υπεραρκετές για τη χώρα μας. Με τη στήριξη και την αναβάθμιση των πανεπιστημίων (και όχι τη διάλυσή τους) θα υπάρξουν νέες ερευνητικές δουλειές που θα κρατήσουν τους Έλληνες στην Ελλάδα και θα φέρουν κεφάλαια του εξωτερικού να επενδυθούν για τις υπηρεσίες μας. Πριν όμως από τα κεφάλαια του εξωτερικού, απαραίτητη είναι η στήριξη της πολιτείας, ως προς τον τομέα της αναβάθμισης με παροχή κονδηλίων, και όχι προς την κατεύθυνση μείωσής τους. Η πανεπιστημιακή κοινότητα, οφείλει από την πλεύρα της, την ορθή αξιοποίηση των πόρων της και την προσέλκυση διεθνών έργων, με σκοπό την ενίσχυση της εικόνας μας ως πως την πρωτοπορία.

(Δημοσιεύθηκε αρχικά στην τοπική εφημερίδα "Η Αναγέννηση του Βραχατίου", στο τεύχος Φεβρουαρίου του 2014)

About the Author

Κωνσταντίνος Χατζηπαπάς

Author

Φυσικός

 
Φυσική Επιστήμη - Physics Mag © 2015 - Designed by Templateism.com
Επικοινωνία: info@physicsmag.com