Aβαρύτητα. Agravity

Ένα Σύμπαν χωρίς μάζα ή μέγεθος. In a radical new theory, mass and length scales arise from interactions between particles. Photo credit: Andy Gilmore for Quanta Magazine

Αν και οι έννοια του μεγέθους είναι συνυφασμένη με την καθημερινή μας εμπειρία, ορισμένοι φυσικοί έχουν αρχίσει να επεξεργάζονται την ιδέα πως η φύση ίσως να μην έχει αίσθηση της κλίμακας.

Αναμφισβήτητα, ένα αμάξι ζυγίζει περισσότερο από ένα έντομο, όμως μερικοί ερευνητές υποστηρίζουν πως η μάζα ή το μήκος δεν αποτελούν θεμελιώδη μεγέθη της περιγραφής του κόσμου.

Η ιδέα αυτή έχει πάρει το όνομα «συμμετρία κλίμακας» και συνιστά μία σαφώς αιρετική άποψη για τη φυσική πραγματικότητα καθώς αντίκειται στην καθιερωμένη γνώση. Τι είναι αυτό όμως που ωθεί την έρευνα στο συγκεκριμένο τομέα, παρουσιάζοντας μάλιστα μεγάλη ερευνητική έξαρση;

Με τη συμμετρία κλίμακας οι φυσικοί ξεκινούν από μία βασική εξίσωση που περιλαμβάνει μία συλλογή από σωματίδια δίχως μάζα, έχοντας όμως τις υπόλοιπες ιδιότητες του φορτίου ή του σπιν. Καθώς τα σωματίδια αυτά αντιδρούν μεταξύ τους αναπτύσσονται δυνάμεις που σπάνε τη συμμετρία κλίμακας, παράγοντας αυτόματα μάζα και μήκη.

Παρόμοιες διεργασίες συμβαίνουν και στο 99% της μάζας του ορατού Σύμπαντος. Για παράδειγμα, ένα πρωτόνιο, το οποίο αποτελείται από 3 κουάρκ έχει μάζα 100 φορές μεγαλύτερη από αυτή των κουάρκ που το απαρτίζουν, η οποία παράγεται από την ενέργεια που τα συνδέει μεταξύ τους.

«Η περισσότερη από τη μάζα που βλέπουμε παράγεται με τον τρόπο αυτό» εξηγεί ο Αλμπέρτο Σάλβιο, φυσικός του πανεπιστημίου της Μαδρίτης, «εμείς ενδιαφερόμαστε να δούμε τι συμβαίνει αν θέλουμε να παράξουμε όλη τη μάζα με αυτό το μηχανισμό».

The Standard Model of elementary particles, with the three generations of matter, gauge bosons in the fourth column, and the Higgs boson in the fifth.

Σύμφωνα με την υπάρχουσα θεωρία, ο βασικός μηχανισμός που δίνει τη μάζα στα σωματίδια είναι ο μηχανισμός Χιγκς. Η συμμετρία κλίμακας θέλει να αλλάξει τα δεδομένα, υποστηρίζοντας πως ίσως το σωματίδιο Χιγκς να μην υπάρχει καν και η παρουσία του στα πειράματα να οφείλεται σε μία ψευδαίσθηση που παράγουν οι νόμοι της δυναμικής.

Η συμμετρία κλίμακας μετράει ήδη 20 χρόνια ζωής και ξεκίνησε όταν ο Γουίλιαμ Μπαρντίν, θεωρητικός φυσικός στο εργαστήριο Φέρμι στο Σικάγο των ΗΠΑ έδειξε πως η μάζα του μποζονίου Χιγκς και άλλων στοιχειωδών σωματιδίων μπορεί να υπολογιστεί ως συνέπεια μίας σπασμένης συμμετρίας.

Standard Model of Supersymmetry.

To ενδιαφέρον όμως της πλειοψηφίας των επιστημόνων κινήθηκε τότε προς την εναλλακτική κατεύθυνση της θεωρίας της υπερσυμμετρίας, που μπορούσε να εξηγήσει μία σειρά από μυστήρια όπως αυτό της σκοτεινής ύλης.

Δεκαετίες έπειτα από την ανάπτυξη της υπερσυμμετρίας ωστόσο, η οποία εικάζει πως για κάθε σωματίδια υπάρχει ένα υπερ-σωματίδιο, η πειραματική φυσική δεν έχει σημειώσει κάποια επιτυχία στην εύρεση υπερσωματιδίων.

Πλέον, υπάρχουν ορισμένοι φυσικοί που συνεχίζουν το έργο που άφησε ατέλειωτο ο Μπαρντίν, πιστεύοντας πως η συμμετρία κλίμακας ίσως να κρύβει τις απαντήσεις σε μερικά από τα μεγαλύτερα μυστήρια της φύσης.

Hypothetical particles believed to exist at the Planck scale (right) are about a billion billion times heavier than the known particles (left). The tendency of particle masses to equalize in calculations makes this a puzzling hierarchy. Photo credit: Nelson Hsu for Quanta Magazine

Παρακλάδια στην ανάπτυξη της θεωρίας οδηγούν σε πολύ ευφάνταστες ιδέες, όπως της θεωρία της αβαρύτητας (agravity), μία θεωρία βαρύτητας χωρίς διαστάσεις, ή για σωματίδια-φαντάσματα που η ύπαρξή τους συγκεντρώνει αρνητικές πιθανότητες.

Alessandro Strumia of the University of Pisa, pictured speaking at a conference in 2013, has co-developed a scale-symmetric theory of particle physics called “agravity.” Photo credit: Thomas Lin/Quanta Magazine

“Όταν τα αντισωματίδια είχαν προβλεφθεί για πρώτη φορά στις εξισώσεις, έμοιαζαν με αρνητική ενέργεια και όλοι πίστεψαν πως ήταν ανοησία. Ίσως και για αυτά τα φαντάσματα, ενώ μοιάζουν αδύνατα, να βρεθεί κάποια λογική εξήγηση”, δήλωσε o Αλεσάντρο Στρούμια, από το πανεπιστήμιο της Πίζα που εργάζεται στις θεωρίες αυτές.

Εάν και πρόκειται για πολύ εξωτικές προσπάθειες περιγραφής της φύσης, οι εργασίες που βασίζονται στη συμμετρία κλίμακας έχουν αρχίσει να βρίσκονται στο προσκήνιο, πυροδοτώντας μια αμυδρή ελπίδα μιας μικρής επιστημονικής επανάστασης.

Πηγή: naftemporiki.gr

Read more:

“Agravity“, Alberto Salvio και Alessandro Strumia