Σύνδεση της σκοτεινής ενέργειας με τον μηχανισμό Higgs; Dark energy could be the offspring of the Higgs boson

Energy release: conceptual computer artwork of a reaction at the atomic level. Photo: SCIENCE PHOTO LIBRARY

Σε μια πρωτότυπη ιδέα κατέληξαν δύο φυσικοί από τις Ηνωμένες Πολιτείες, στην οποία συνδέουν το σωματίδιο Χιγκς με το φαινόμενο της σκοτεινής ενέργειας. Σύμφωνα με τους Lawrence Krauss του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, και James Dent του Πανεπιστημίου της Λουιζιάνα, το ίδιο το μποζόνιο Χιγκς μπορεί νασυμμετέχει στην επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος.

Το Καθιερωμένο Πρότυπο περιλαμβάνει, πέρα από τα σωματίδια που αποτελούν την ύλη, τα σωματίδια-φορείς των δυνάμεων στη Φύση, πλην της βαρύτητας. Κάθε ένα από αυτά τα σωματίδια (μποζόνια), είναι αλληλένδετο με ένα αντίστοιχο πεδίο. Το μποζόνιο Χιγκς αν και δεν είναι φορέας κάποιας δύναμης είναι φορέας του πεδίου Χιγκς, που θεωρείται πως υπάρχει παντού στο Σύμπαν. Αντίθετα από τα υπόλοιπα πεδία της φύσης, δεν είναι διανυσματικό πεδίο, αλλά βαθμωτό, δεν έχει δηλαδή κατεύθυνση.

Spurred by the appearance of the long-anticipated Higgs boson, physicists Lawrence Krauss of Arizona State University in Tempe and James Dent of the University of Louisiana at Lafayette may be on the trail of why dark energy is so wimpy. "What we show is, if the Higgs exists – which it appears to – it can be a portal to new physics and in principle be associated with a new field, which could give an energy density in the universe that's of the right order of magnitude," says Krauss.

Όλα αυτά τα πεδία, δημιουργούν μια πυκνότητα ενέργειας που διαπερνά το Σύμπαν. Πριν την ανακάλυψη της σκοτεινής ενέργειας, οι φυσικοί ανησυχούσαν πως ακόμη και οι πιο απλές εκδοχές του Καθιερωμένου Προτύπου έδιναν τεράστιες ποσότητες ενέργειας, που θα οδηγούσαν το Σύμπαν σε μια αυξανόμενη διαστολή. Αυτό έδειχνε σχετικά απίθανο, μέχρις ότου παρατηρήσεις μακρινών σουπερνόβα έδειξαν πως το Σύμπαν όντως επιταχύνει τη διαστολή του. Όμως, το φαινόμενο που σήμερα αποκαλούμε σκοτεινή ύλη, δε συνάδει με τις προβλέψεις της πυκνότητας ενέργειας που δίνει το Καθιερωμένο Πρότυπο: η επιτάχυνση στη διαστολή είναι πολύ μικρότερη από την αναμενόμενη.

Αυτό που έδειξαν οι δύο φυσικοί, είναι πως το σωματίδιο Χιγκς μπορεί να συνδυαστεί με ένα νέο βαθμωτό πεδίο το οποίο θα έδινε τη σωστή πυκνότητα ενέργειας για το Σύμπαν. Σε περίπτωση που κάτι τέτοιο ισχύει, θα οδηγούσε στην ανακάλυψη νέων φυσικών φαινομένων. Πρόκειται για ένα πεδίο εκτός του Καθιερωμένου Προτύπου, που εν απουσία του πεδίουΧιγκς έχει μηδενική πυκνότητα ενέργειας.

Στο σημείο αυτό οι δύο φυσικοί κάνουν την πιο τολμηρή τους σκέψη, υιοθετώντας ένα ακόμη πεδίο, το πεδίο ενοποίησης, που υποτίθεται πως είναι το πεδίο που σχηματίζεται στις υψηλές ενέργειες από την ένωση όλων των υπόλοιπων πεδίων. Πρόκειται για μια ιδέα εμπνευσμένη από το όνειρο των φυσικών να ενοποιήσουν όλες τις θεμελιώδεις δυνάμεις σε μία ενοποιημένη θεωρία πεδίου. Το νέο βαθμωτό πεδίο, μέσω του πεδίου Χιγκς θα αλληλεπιδρά τότε με το ενοποιημένο πεδίο και θα αποκτά ενέργεια. Οι ενέργειες των δύο πεδίων είναι τότε αντίστροφες: όσο πιο ισχυρό είναι το ένα, τόσο πιο ασθενές είναι το άλλο. Σε αυτή την περίπτωση, το τελικό αποτέλεσμα είναι η σωστή πυκνότητα ενέργειας για το Σύμπαν, που θα εξηγούσε αυτή τη μικρή επιτάχυνση στη διαστολή του, και συνεπώς, το φαινόμενο της σκοτεινής ενέργειας.

Αν και πρόκειται για μια αξιόλογη εργασία, πέρα από το θεωρητικό κομμάτι θα πρέπει να δείξει την ισχύ της και πειραματικά, καθώς προβλέπει πεδία που δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ στη φύση. Αν μη τι άλλο, πρόκειται για την πρώτη φορά που ένας ακριβής υπολογισμός δίνει τόσο μικρές ποσότητες πυκνότητας ενέργειας για το Σύμπαν, που συμφωνούν με τις παρατηρήσεις για τη Σκοτεινή Ενέργεια.