Ίθαν Σίγκελ, Τα επιχειρήματα υπέρ και κατά μιας 5ης θεμελιώδους δύναμης της φύσης. Ethan Siegel, The case for and against a 5th fundamental force of nature

Όταν αυτά που προβλέπουμε και αυτά που μετράμε δεν συμπίπτουν, αυτό είναι ένα σημάδι ότι υπάρχει κάτι νέο να μάθουμε. Θα μπορούσε να είναι μια νέα θεμελιώδης δύναμη; Τα κουάρκ και τα αντικουάρκ, τα οποία αλληλεπιδρούν με την ισχυρή πυρηνική δύναμη, έχουν χρωματικά φορτία που αντιστοιχούν σε κόκκινο, πράσινο και μπλε (για τα κουάρκ) και κυανό, ματζέντα και κίτρινο (για τα αντικουάρκ). Οποιοσδήποτε άχρωμος συνδυασμός, είτε κόκκινο + πράσινο + μπλε, κυανό + κίτρινο + ματζέντα, είτε ο κατάλληλος συνδυασμός χρώματος/αντιχρώματος, επιτρέπεται σύμφωνα με τους κανόνες της ισχυρής δύναμης. Εάν εμφανιστούν νέα φαινόμενα σε αυτά τα καλά μελετημένα συστήματα, θα μπορούσαν να υποδηλώνουν μια νέα θεμελιώδη δύναμη πέρα ​​από τις γνωστές τέσσερις. When what we predict and what we measure don't add up, that's a sign there's something new to learn. Could it be a new fundamental force? Quarks and antiquarks, which interact with the strong nuclear force, have color charges that correspond to red, green, and blue (for the quarks) and cyan, magenta, and yellow (for the antiquarks). Any colorless combination, of either red + green + blue, cyan + yellow + magenta, or the appropriate color/anticolor combination, is permitted under the rules of the strong force. If new phenomena appear in these well-studied systems, they could be indicative of a new fundamental force beyond the known four. Credit: Athabasca University/Wikimedia Commons

Παρά όλα όσα έχουμε μάθει σχετικά με τη φύση του Σύμπαντος — από ένα θεμελιώδες, στοιχειώδες επίπεδο έως τις μεγαλύτερες κοσμικές κλίμακες που μπορούμε να κατανοήσουμε — είμαστε απολύτως βέβαιοι ότι υπάρχουν ακόμη πολλές μεγάλες ανακαλύψεις που πρέπει να γίνουν. Οι καλύτερες θεωρίες μας σήμερα είναι εντυπωσιακές: οι κβαντικές θεωρίες πεδίου που περιγράφουν την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση καθώς και τις ισχυρές και ασθενείς πυρηνικές δυνάμεις από τη μία πλευρά, και η γενική σχετικότητα που περιγράφει τις επιδράσεις της βαρύτητας από την άλλη. Όπου και αν έχουν αμφισβητηθεί, από υποατομικές έως κοσμικές κλίμακες, αυτές οι δύο κατηγορίες θεωριών έχουν πάντα αναδειχθεί νικήτριες. Κι όμως, απλώς δεν μπορούν να αναπαραστήσουν όλα όσα υπάρχουν.

Υπάρχουν πολλά αινίγματα που υπονοούν αυτό. Δεν μπορούμε να εξηγήσουμε γιατί υπάρχει περισσότερη ύλη από αντιύλη στο Σύμπαν με την τρέχουσα φυσική. Ούτε καταλαβαίνουμε ποια είναι η φύση της σκοτεινής ύλης ή αν υπάρχει κάποιο σωματίδιο που την κρύβει πίσω της. Δεν γνωρίζουμε αν η σκοτεινή ενέργεια είναι κάτι άλλο εκτός από μια κοσμολογική σταθερά ή πώς ακριβώς συνέβη ο κοσμικός πληθωρισμός (και με ποιες ιδιότητες) για να δημιουργήσει τις συνθήκες για τη Μεγάλη Έκρηξη. Ίσως ακόμη πιο ανησυχητικό, σε ένα θεμελιώδες επίπεδο, δεν γνωρίζουμε αν όλες οι γνωστές δυνάμεις ενοποιούνται κάτω από κάποια γενική ομπρέλα με κάποιο τρόπο ή αν υπάρχουν πρόσθετες θεμελιώδεις δυνάμεις πέρα ​​από τις γνωστές τέσσερις.

Έχουμε σίγουρα ενδείξεις ότι υπάρχουν περισσότερα στο Σύμπαν από αυτά που γνωρίζουμε αυτή τη στιγμή. Αλλά μήπως υπάρχει μια νέα, άγνωστη θεμελιώδης δύναμη ανάμεσά τους; Πιστέψτε το ή όχι, έχουμε δύο εντελώς διαφορετικές προσεγγίσεις για να προσπαθήσουμε να αποκαλύψουμε την απάντηση, και καμία από τις δύο δεν είναι ακόμη οριστική.

Ένα υποψήφιο συμβάν Higgs στον ανιχνευτή ATLAS στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN. Σημειώστε πώς ακόμη και με τις σαφείς υπογραφές και τις εγκάρσιες τροχιές, υπάρχει μια βροχή άλλων σωματιδίων. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα πρωτόνια είναι σύνθετα σωματίδια και στο γεγονός ότι δεκάδες συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου συμβαίνουν με κάθε διασταύρωση δέσμης. Σε υψηλότερες ενέργειες, καθίστανται δυνατές ανακαλύψεις που δεν εμφανίζονται σε χαμηλότερες ενέργειες. Οι σύγχρονοι ανιχνευτές σωματιδίων είναι σαν ένα κέικ στρώσεων, με την ικανότητα να παρακολουθούν τα σωματιδιακά υπολείμματα προκειμένου να ανακατασκευάσουν τι συνέβη όσο το δυνατόν πιο κοντά στο σημείο σύγκρουσης. A candidate Higgs event in the ATLAS detector at the Large Hadron Collider at CERN. Note how even with the clear signatures and transverse tracks, there is a shower of other particles; this is due to the fact that protons are composite particles, and due to the fact that dozens of proton-proton collisions occur with every bunch crossing. At higher energies, discoveries that don’t appear at lower energies become possible. Modern particle detectors are like a layer-cake, with the ability to track the particle debris in order to reconstruct what happened as close to the collision point as possible. Credit: CERN/ATLAS Collaboration

Προσέγγιση #1: Άσκηση ωμής βίας

Αν θέλετε να ανακαλύψετε κάτι μέχρι τώρα άγνωστο στο Σύμπαν, μια προσέγγιση είναι απλώς να το διερευνήσετε με έναν πιο ακραίο τρόπο από ποτέ. Σκοπεύει να:

• να κατασκευάσετε ένα τηλεσκόπιο για να δείτε πιο πίσω στο χρόνο ή σε υψηλότερη ανάλυση από ποτέ,
• να κατασκευάσουν έναν επιταχυντή σωματιδίων ικανό να συγκρούει σωματίδια σε μεγαλύτερες ενέργειες από ποτέ,
• ή επινοώντας μια συσκευή για να ψύχει την ύλη πιο κοντά στο απόλυτο μηδέν από ποτέ,

είναι όλα παραδείγματα αυτής της προσέγγισης τύπου «ωμής βίας». Εξερευνήστε το Σύμπαν υπό πιο ακραίες συνθήκες από ό,τι έχετε εξερευνήσει ποτέ στο παρελθόν και μπορεί να αποκαλύψει κάτι σοκαριστικό, εκπληκτικό και, το πιο σημαντικό, συναρπαστικό να το εξετάσετε.

Αυτή είναι μια επιλογή που θα πρέπει πάντα να εξερευνούμε όσον αφορά το Σύμπαν, καθώς τα τρέχοντα όριά μας σε όλα αυτά καθορίζονται μόνο από τα συνδυασμένα όρια της τεχνολογίας μας τη στιγμή που επιλέξαμε να κάνουμε την τελευταία μεγάλη επένδυση σε αυτά τα μέτωπα. Με βελτιωμένες τεχνολογίες και την ικανότητα να επενδύουμε εκ νέου σε αυτές (και σε παρόμοιες) προσεγγίσεις, μπορούμε να ωθούμε συνεχώς τα ακραία όρια της ανθρώπινης γνώσης σε όλα τα σημαντικά σύνορα. Στις επιστήμες, μιλάμε για την υπέρβαση των προηγούμενων ορίων μας όσον αφορά το άνοιγμα νέου «χώρου ανακάλυψης» και μερικές φορές - όπως όταν ανοίξαμε τον ατομικό πυρήνα τον 20ό αιώνα - εκεί ακριβώς θα προκύψουν νέες θεμελιώδεις ανακαλύψεις.

Η σύγκρουση δύο σωματιδίων μπορεί να οδηγήσει σε πολύ κοντινή απόσταση μεταξύ φορτισμένων συστατικών, επιτρέποντάς μας να ελέγξουμε τη φύση διαφόρων νόμων δυνάμεων. Όταν δύο πρωτόνια συγκρούονται, δεν είναι μόνο τα κουάρκ που τα αποτελούν που μπορούν να συγκρουστούν, αλλά και τα θαλάσσια κουάρκ, τα γλουόνια και, πέρα ​​από αυτά, οι αλληλεπιδράσεις πεδίου. Όλα αυτά μπορούν να παρέχουν πληροφορίες για το σπιν των μεμονωμένων συστατικών και να μας επιτρέψουν να δημιουργήσουμε δυνητικά νέα σωματίδια εάν επιτευχθούν αρκετά υψηλές ενέργειες και φωτεινότητες. Αυτός είναι ένας τρόπος για να αναζητήσουμε νέες θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις. The collision of two particles can result in charged components getting very close, enabling us to test the nature of various force laws. When two protons collide, it isn’t just the quarks making them up that can collide, but the sea quarks, gluons, and beyond that, field interactions. All can provide insights into the spin of the individual components, and allow us to create potentially new particles if high enough energies and luminosities are reached. This is one way to search for new fundamental interactions. Credit: CERN/CMS collaboration

Προσέγγιση #2: Υψηλή ακρίβεια

Εναλλακτικά, μπορείτε να αναγνωρίσετε ότι οι τρέχουσες θεωρίες μας κάνουν πολύ ακριβείς προβλέψεις και ότι αν μπορούμε να κάνουμε πειραματικά μετρήσεις με την ίδια υψηλή ακρίβεια, μπορούμε να δούμε αν υπάρχουν αποκλίσεις από τις προβλέψεις που επιβεβαιώνονται από πειράματα και παρατηρήσεις. Αυτό μπορεί να συμβεί με διάφορους τρόπους, όπως:

• από την εξέταση ολοένα και μεγαλύτερου αριθμού σωματιδίων, συγκρούσεων ή γεγονότων,
• από τον έλεγχο των συνθηκών της πειραματικής σας συσκευής έως μεγαλύτερες ακρίβειες,
• από την αύξηση της καθαρότητας των δειγμάτων σας,

και ούτω καθεξής. Βασικά, κάθε φορά που προσπαθείτε να αυξήσετε την αναλογία σήματος προς θόρυβο αυτού που προσπαθείτε να μετρήσετε, είτε μέσω στατιστικών, βελτιωμένων πειραματικών διαδικασιών είτε εξαλείφοντας γνωστές πηγές σφάλματος, μπορείτε να αυξήσετε την ακρίβεια με την οποία μπορείτε να διερευνήσετε το Σύμπαν.

Αυτές οι προσεγγίσεις υψηλής ακρίβειας είναι οι πιο ελπιδοφόρες, από πολλές απόψεις, για την αποκάλυψη μιας νέας δύναμης σε δράση: αν δείτε ένα φαινόμενο - ακόμη και στο 10ο ή 12ο δεκαδικό ψηφίο - που διαφωνεί με τις θεωρητικές σας προβλέψεις, θα μπορούσε να είναι μια υπόδειξη ότι υπάρχει μια νέα δύναμη ή αλληλεπίδραση σε δράση. Δεν έχουμε ανακαλύψει ακόμη με ακρίβεια κάποια πέρα ​​από τις γνωστές τέσσερις, αλλά υπάρχουν πολλοί τομείς έρευνας υψηλής ακρίβειας όπου αυτό παραμένει μια πιθανότητα.

Πριν από την κυκλοφορία των τελευταίων δεδομένων ATLAS, η καλύτερη δηλωμένη μέτρηση της μάζας του μποζονίου W προήλθε από τη συνεργασία CDF στο Tevatron του Fermilab. Αυτά τα δεδομένα, στο δεξί μέρος του γραφήματος, είναι ασύμβατα με το Καθιερωμένο Πρότυπο σε τιμές μεγαλύτερες από πέντε σίγμα: υποδεικνύοντας είτε νέα φυσική είτε ένα άγνωστο σφάλμα στην εργασία τους. Ωστόσο, οι συνεργασίες ATLAS και CMS δείχνουν τώρα ότι τα δεδομένα είναι σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο, υπονομεύοντας το αποτέλεσμα του CDF. Prior to the release of the latest ATLAS data, the best claimed measurement of the W-boson’s mass came from the CDF collaboration at Fermilab’s Tevatron. That data, on the right part of the graph, is incompatible with the Standard Model at greater than five sigma: indicating either new physics or an unidentified error in their work. However, the ATLAS and CMS collaborations now point to data being consistent with the Standard Model, undermining the CDF result. Credit: S. Heinemeyer, arXiv:2207.14809, 2002

Το κλειδί είναι να αναζητήσουμε αυτό που ονομάζουμε «ανωμαλίες» ή σημεία όπου η θεωρία και το πείραμα διαφωνούν. Το 2015, ένα πείραμα πυρηνικής φυσικής έδωσε αποτελέσματα που φάνηκαν να έρχονται σε αντίθεση με τις πολύ συγκεκριμένες προβλέψεις για το τι θα πρέπει να συμβεί όταν ένας ασταθής πυρήνας βηρυλλίου-8 δημιουργείται σε διεγερμένη κατάσταση. Θεωρητικά, το βηρύλλιο-8 κανονικά διασπάται σε δύο πυρήνες ηλίου-4. Σε διεγερμένη κατάσταση, θα πρέπει να διασπάται σε ένα φωτόνιο και δύο πυρήνες ηλίου-4. Και, πάνω από μια ορισμένη ενέργεια φωτονίου, θα πρέπει να υπάρχει η πιθανότητα αντί για ένα φωτόνιο και δύο πυρήνες ηλίου-4, να έχουμε ένα ζεύγος ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου και δύο πυρήνες ηλίου-4.

Το πείραμα είχε ως στόχο να μετρήσει τη γωνία υπό την οποία τα γεγονότα που παρήγαγαν ένα ζεύγος ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου είχαν αυτά τα δύο σωματίδια, το ηλεκτρόνιο και το ποζιτρόνιο, να σχηματίζουν το ένα σε σχέση με το άλλο. Το πείραμα του 2015, με επικεφαλής τον Attila Krasznahorkay, διαπίστωσε ότι υπήρχε μια μικρή αλλά σημαντική περίσσεια γεγονότων όπου το ηλεκτρόνιο και το ποζιτρόνιο εκτρέπονταν σε μεγάλες γωνίες το ένα σε σχέση με το άλλο: περίπου 140 μοιρών και μεγαλύτερες. Αυτό έχει γίνει γνωστό ως η ανωμαλία Atomki , και πολλοί έχουν προτείνει ότι ένα νέο σωματίδιο και μια νέα, θεμελιώδης αλληλεπίδραση (ή πέμπτη δύναμη) θα μπορούσαν να είναι η βασική εξήγηση πίσω από αυτά τα ευρήματα.

Το μοντέλο του επιταχυντή Cascade, που χρησιμοποιήθηκε για τον βομβαρδισμό λιθίου και τη δημιουργία του Be-8, που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα που έδειξε για πρώτη φορά μια απροσδόκητη απόκλιση στις γωνίες μεταξύ ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων που προέκυψαν από τις διασπάσεις σωματιδίων, βρίσκεται στην είσοδο του Ινστιτούτου Πυρηνικών Ερευνών της Ουγγρικής Ακαδημίας Επιστημών. Αυτή η λεγόμενη «ανωμαλία Atomki» αμφισβητείται έντονα, με μόνο τους συγγραφείς (και λίγους αληθινούς πιστούς) να υποστηρίζουν ότι δημιουργεί κρίση στη φυσική. The model of the Cascade accelerator, used to bombard Lithium and create the Be-8 used in the experiment that first showed an unexpected discrepancy in the angles between electrons and positrons resulting from particle decays, located at the entrance of the Institute of Nuclear Research of the Hungarian Academy of Sciences. This so-called “Atomki anomaly” is heavily disputed, with only the authors (and a few true believers) asserting that it’s creating a crisis in physics. Credit: Horváth Árpád/Wikimedia Commons

Αλλά όχι μόνο υπάρχουν πολλαπλές  πιθανές  εξηγήσεις  πίσω από αυτό το αποτέλεσμα, αλλά η πιο απλή είναι ίσως και η πιο απογοητευτική: ότι υπήρξε κάποιο λάθος κάπου στην πορεία. Καταρχήν, θα μπορούσε να σημαίνει:

• ένα σφάλμα στους θεωρητικούς υπολογισμούς που έγιναν,
• ένα σφάλμα μέτρησης σε οποιοδήποτε σημείο της διαδρομής,
• ή ένα πειραματικό σφάλμα που σχετίζεται με τη ρύθμιση του πειράματος και τον τρόπο που διεξήχθη.

Σε αυτήν τη συγκεκριμένη περίπτωση, η εν λόγω ομάδα είχε προηγουμένως παράγει τρία αποτελέσματα , καθένα από τα οποία ισχυριζόταν την ανακάλυψη μιας πέμπτης δύναμης και υποδείξεις για ένα νέο σωματίδιο , αλλά κανένα από αυτά δεν επιβεβαιώθηκε. Προηγούμενες αιτίες οφείλονταν σε λανθασμένη βαθμονόμηση του εξοπλισμού: με ένα ασυνεπώς αποτελεσματικό φασματόμετρο να ευθύνεται για ορισμένα από τα προηγούμενα αποτελέσματα.

Υπάρχει μια ισχυρή υποψία, με βάση τη δημοσιευμένη μέθοδο βαθμονόμησης που χρησιμοποιήθηκε για αυτό το σύνολο πειραμάτων , ότι μια λανθασμένη βαθμονόμηση του πειράματος σε ενδιάμεσες γωνίες, από περίπου 100-125 μοίρες, είναι αυτό που κρύβεται πίσω από την υποτιθέμενη υπερβολή σε μεγάλες γωνίες. Αν και πολλοί εξακολουθούν να κυνηγούν αυτήν την ανωμαλία αναζητώντας μια πέμπτη δύναμη, ένα ανώτερο πείραμα γνωστό ως PADME θα πρέπει να λύσει το ζήτημα μια για πάντα.

Ο ηλεκτρομαγνήτης g-2 του μιονίου στο Fermilab, έτοιμος να δεχτεί μια δέσμη σωματιδίων μιονίου. Αυτό το πείραμα ξεκίνησε το 2017 και συνεχίζει να λαμβάνει δεδομένα, έχοντας μειώσει σημαντικά τις αβεβαιότητες στις πειραματικές τιμές. Θεωρητικά, μπορούμε να υπολογίσουμε την αναμενόμενη τιμή διατατικά, αθροίζοντας διαγράμματα Feynman, λαμβάνοντας μια τιμή που διαφωνεί με τα πειραματικά αποτελέσματα. Οι μη διαταρακτικοί υπολογισμοί, μέσω της κβαντικής πολυμορφίας πλέγματος (Lattice QCD), φαίνεται να συμφωνούν, ωστόσο, εμβαθύνοντας το παζλ της ανώμαλης μαγνητικής ροπής του μιονίου. The Muon g-2 electromagnet at Fermilab, ready to receive a beam of muon particles. This experiment began in 2017 and continues to take data, having reduced the uncertainties in the experimental values significantly. Theoretically, we can compute the expected value perturbatively, through summing Feynman diagrams, getting a value that disagrees with the experimental results. The non-perturbative calculations, via Lattice QCD, seem to agree, however, deepening the puzzle of the muon’s anomalous magnetic moment. Credit: Reidar Hahn/Fermilab

Μια εξαιρετικά ενδιαφέρουσα ανωμαλία που έχει εμφανιστεί στη φυσική τα τελευταία χρόνια είναι γνωστή ως το πείραμα Muon g-2 (προφέρεται απλώς «gee μείον 2»), του οποίου τα πρόσφατα αποτελέσματα φάνηκαν να επιβεβαιώνουν προηγούμενες πειραματικές ενδείξεις ότι αυτή η ιδιότητα φαινόταν να διαφωνεί με τις θεωρητικές προβλέψεις. Στη φυσική, η ποσότητα g που μετράμε είναι η γυρομαγνητική αναλογία: η ισχύς του μαγνητικού πεδίου ενός περιστρεφόμενου σωματιδίου σε σχέση με το ηλεκτρικό του φορτίο.

• Η αφελής πρόβλεψη για το g , από την απλή, παλιά κανονική κβαντομηχανική, είναι ότι το g θα ισούται με 2 τόσο για το ηλεκτρόνιο όσο και για το πιο ογκώδες αδελφό σωματίδιο του: το μιόνιο.

1. Η πιο σύνθετη πρόβλεψη περιλαμβάνει τη χρήση της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής: της κβαντικής θεωρίας πεδίου που περιγράφει την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση. Αντί της πρόβλεψης ότι το g θα ισούται με 2, η πρόβλεψη πλησιάζει περισσότερο στο g που ισούται με 2 + α/π, όπου α είναι η σταθερά λεπτής δομής (περίπου ~1/137,036) και π είναι η γνωστή τιμή 3,14159… που ορίζει την αναλογία της περιφέρειάς του προς τη διάμετρό του σε έναν κύκλο.

• Αλλά η πλήρης πρόβλεψη θα περιλάμβανε όχι μόνο την κβαντική ηλεκτροδυναμική, αλλά όλες τις κβαντικές δυνάμεις και αλληλεπιδράσεις στο Σύμπαν μας, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που αφορούν πυρηνικά σωματίδια όπως κουάρκ και γλουόνια. Αυτή η πρόβλεψη, αρκετά ρητά, είναι ελαφρώς διαφορετική από την απλή, παλιά πρόβλεψη της κβαντικής εξίσωσης (QED) και μπορεί να γίνει με περίπου 12 σημαντικά ψηφία.

Σήμερα, τα διαγράμματα Feynman χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό κάθε θεμελιώδους αλληλεπίδρασης που καλύπτει τις ισχυρές, ασθενείς και ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις, συμπεριλαμβανομένων των συνθηκών υψηλής ενέργειας και χαμηλής θερμοκρασίας/συμπύκνωσης. Οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις, που παρουσιάζονται εδώ, διέπονται όλες από ένα μόνο σωματίδιο που φέρει δύναμη: το φωτόνιο, αλλά μπορούν επίσης να εμφανιστούν ασθενείς, ισχυρές και συζεύξεις Higgs. Today, Feynman diagrams are used in calculating every fundamental interaction spanning the strong, weak, and electromagnetic forces, including in high-energy and low-temperature/condensed conditions. The electromagnetic interactions, shown here, are all governed by a single force-carrying particle: the photon, but weak, strong, and Higgs couplings can also occur. Credit: V. S. de Carvalho and H. Freire, Nucl. Phys. B, 2013

Όπου έχετε πολύ ακριβείς προβλέψεις και την ικανότητα να συλλέξετε πολύ ακριβή πειραματικά αποτελέσματα, είναι ένα πείραμα που απλά πρέπει να κάνετε: είναι μια ευκαιρία να δοκιμάσετε τη φύση με τη μεγαλύτερη ακρίβεια όλων των εποχών με έναν τρόπο που δεν έχει διερευνηθεί ποτέ πριν. Εάν υπάρχει μια ανωμαλία - δηλαδή, μια αναντιστοιχία μεταξύ θεωρητικών προβλέψεων και πειραματικών αποτελεσμάτων - μπορεί απλώς να είναι μια υπόδειξη νέας φυσικής, και μια μορφή νέας φυσικής που μπορεί να συμβεί είναι η ανακάλυψη μιας νέας θεμελιώδους δύναμης.

Πειραματικά, γνωρίζουμε τώρα, από τα τελευταία αποτελέσματα του Fermilab, ότι το μετρούμενο g – 2 για το μιόνιο έχει προσδιοριστεί ότι είναι 0,00233184110 ± 0,00000000047. Αυτή είναι μια πολύ, πολύ ακριβής απάντηση και σαφώς (αν και ελαφρώς) διαφορετική από το 0,00232281945 που θα παίρνατε από την απλή, πρώτης τάξης συνεισφορά QED.

Υποστηρίχθηκε ότι αυτό αποκλίνει από τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Μοντέλου σε αυτή την περίφημη σημαντικότητα των 5 σίγμα , υποδεικνύοντας ότι υπάρχει μόνο 1 στα 3,5 εκατομμύρια πιθανότητα να πρόκειται για στατιστική σύμπτωση: αρκετά σημαντική για να δικαιολογήσει ισχυρισμούς περί ανακάλυψης. Όταν οι επιστήμονες του Fermilab αποκάλυψαν τα πειραματικά αποτελέσματα, είδαμε ότι ήταν πραγματικά «τυφλά» εξαρχής. Ωστόσο, σε αυτήν την περίπτωση, οι θεωρητικές αβεβαιότητες είναι πλέον γνωστό ότι είναι πολύ μεγαλύτερες από ό,τι είχε εκτιμηθεί προηγουμένως , θέτοντας υπό αμφισβήτηση τη σημασία αυτής της «ανακάλυψης».

Αυτή η εικόνα, που αποτελείται από δύο σχήματα από τη λευκή βίβλο του 2025 της Πρωτοβουλίας Θεωρίας Μιονίων, δείχνει στο επάνω μέρος τις διαφορές μεταξύ θεωρίας και πειράματος ανάλογα με το ποια είσοδος πόλωσης αδρονικού κενού κορυφαίας τάξης χρησιμοποιείται. Τα πράσινα αποτελέσματα είναι όλα είσοδοι λόγου r (είσοδος πειραματικών δεδομένων), ενώ οι μπλε γραμμές είναι όλες είσοδοι QCD πλέγματος. Η ονομασία WP25 αντικατοπτρίζει αυτό που επιλέχθηκε στη λευκή βίβλο του 2025, με τον κάτω πίνακα να δείχνει τις διαφορές μεταξύ των λευκών βίβλων του 2020 και του 2025. This image, composed of two figures from the Muon Theory Initiative’s 2025 white paper, shows at top the differences between theory and experiment depending on which leading order hadronic vacuum polarization input is used. The green results are all r-ratio (experimental data input) inputs, while the blue lines are all lattice QCD inputs. The WP25 designation reflects what’s chosen in the 2025 white paper, with the lower table showing the differences between the 2020 and the 2025 white papers. Credit: R. Aliberti et al./Muon Theory Initiative, arXiv:2505.21476, 2025

Το ζήτημα έχει ως εξής.

• Είναι πολύ απλό να υπολογιστούν οι συνεισφορές στην προβλεπόμενη γυρομαγνητική αναλογία του μιονίου από τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα· οι αβεβαιότητες εκεί είναι μόνο περίπου 1 μέρος ανά δισεκατομμύριο.
• Ομοίως, οι επιδράσεις της ασθενούς πυρηνικής αλληλεπίδρασης μπορούν επίσης να ποσοτικοποιηθούν καλά, και οι αβεβαιότητες εκεί είναι επίσης μικρές: περίπου 10 μέρη ανά δισεκατομμύριο.
• (Οι πειραματικές αβεβαιότητες, για σύγκριση, είναι περίπου 190 μέρη ανά δισεκατομμύριο, αν συνδυάσετε όλα τα δεδομένα που απελευθερώθηκαν από το πείραμα g-2 , συμπεριλαμβανομένης της χρονικής περιόδου που το πείραμα διεξήχθη, νωρίτερα, στο Brookhaven, πριν μεταφερθεί στο Fermilab.)

Αλλά όταν πρόκειται για τις επιδράσεις της ισχυρής πυρηνικής δύναμης — τις συνεισφορές των κουάρκ, των γλουονίων και όλων των σύνθετων αλληλεπιδράσεων (όπως από τα μεσόνια και τα βαρυόνια) — αυτό δεν είναι εύκολο να υπολογιστεί. Στην πραγματικότητα, ο τρόπος με τον οποίο υπολογίζουμε τις επιδράσεις των ασθενών και ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων, δηλαδή τον υπολογισμό των συνεισφορών από προοδευτικά ολοένα και πιο σύνθετα διαγράμματα αλληλεπίδρασης, δεν θα λειτουργήσει για τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Το μόνο που μπορούμε να κάνουμε είναι είτε να προσθέσουμε δεδομένα από άλλα πειράματα για να εκτιμήσουμε τις επιδράσεις τους (η λεγόμενη μέθοδος λόγου R) είτε να προσπαθήσουμε να κάνουμε τους μη διαταρακτικούς υπολογισμούς της κβαντικής πολυπλοκότητας (QCD) σε έναν υπερυπολογιστή: τη μέθοδο της κβαντικής πολυπλοκότητας πλέγματος.

Αυτή η απεικόνιση μιας μεθόδου QCD πλέγματος δείχνει ότι ο χώρος και ο χρόνος διακριτοποιούνται σε ένα σύνολο σημείων που μοιάζουν με πλέγμα σε ένα πλέγμα. Καθώς η απόσταση μεταξύ των σημείων μειώνεται και το συνολικό μέγεθος του πλέγματος τείνει προς το άπειρο, η πραγματική τιμή για τους υπολογισμούς QCD προσεγγίζεται όλο και με μεγαλύτερη ακρίβεια. This depiction of a lattice QCD method shows that space and time are discretized into a set of grid-like points on a lattice. As the spacing between points decreases and the overall size of the lattice tends toward infinity, the true value for QCD calculations is approached more and more accurately. Credit: Ed van Bruggen/edryd

Παρόλο που τόσο οι υποστηρικτές του λόγου R όσο και οι υποστηρικτές της QCD πλέγματος ισχυρίζονται πολύ μικρά σφάλματα στην εργασία τους, τα διάφορα προβλεπόμενα αποτελέσματα καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα τιμών . Αυτό το εύρος εκτείνεται σε περίπου 370 μέρη ανά δισεκατομμύριο μεταξύ των διαφόρων εκτιμήσεων, με ορισμένες να επικαλύπτονται με τα πειραματικά δεδομένα του Fermilab και άλλες, ιδιαίτερα από τις παλαιότερες μεθόδους λόγου R, να διαφωνούν με τα δεδομένα του Fermilab σε τιμές μεγαλύτερες από το όριο των 5 σίγμα.

Αυτό δεν σημαίνει, ωστόσο, ότι υπάρχουν στοιχεία για μια πέμπτη δύναμη. Καθώς οι ομάδες επιστημόνων που εργάζονταν σε αυτό το παζλ κατέληξαν στο συμπέρασμα το 2025 , τα λάθη και οι αβεβαιότητες έχουν τελειώσει από θεωρητικής άποψης και, μέχρι να γίνουν καλύτεροι υπολογισμοί, τα πειραματικά αποτελέσματα δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να εξαχθεί ένα τόσο σαρωτικό και επαναστατικό συμπέρασμα.

Είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα του πόσο ζωτικής σημασίας είναι η διεξαγωγή ενός πειράματος όπως αυτό και ότι ο έλεγχος των θεωρητικών σας προβλέψεων μέσω πολλαπλών ανεξάρτητων μεθόδων είναι ένας από τους λίγους τρόπους για να βεβαιωθείτε ότι λαμβάνετε τη σωστή απάντηση. Σε αυτήν την περίπτωση, το πείραμα πρέπει να ηγηθεί και οι θεωρητικοί θα είναι τώρα αυτοί που θα αναγκαστούν να προσπαθήσουν να καλύψουν τη διαφορά. Μπορεί ακόμη να αποδειχθεί ότι υπάρχουν στοιχεία για μια πέμπτη θεμελιώδη δύναμη κάπου σε αυτά τα δεδομένα, αλλά θα χρειαστεί μια σημαντική πρόοδος στην θεωρητική ακρίβεια για να φτάσουμε εκεί και να γνωρίζουμε με βεβαιότητα. Ωστόσο, αυτό υπογραμμίζει μόνο το πόσο σημαντικό επίτευγμα μας έχουν προσφέρει μέχρι στιγμής τα πειραματικά αποτελέσματα της συνεργασίας Muon g-2 .

Ο ανιχνευτής LHCb έχει μια γνωστή και ποσοτικοποιήσιμη διαφορά στην αποτελεσματικότητα ανίχνευσης μεταξύ ζευγών ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων και ζευγών μιονίων-αντιμιονίων. Η συνεκτίμηση αυτής της διαφοράς είναι ένα ουσιαστικό βήμα στη μέτρηση των πιθανοτήτων και των ρυθμών διάσπασης των Β-μεσονίων σε καόνια συν έναν συνδυασμό λεπτονίου-αντιλεπτονίου έναντι ενός άλλου. Έχουν πλέον δείξει ότι η καθολικότητα των λεπτονίων φαίνεται να ισχύει, καθώς οι σωστά βαθμονομημένες αναλογίες ζευγών ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων και ζευγών μιονίων-αντιμιονίων φαίνεται να είναι αδιαίρετες από το 1,0 με μια σωστή επαναβαθμονόμηση ενσωματωμένη στην ανάλυση της εποχής του 2022 και αργότερα. The LHCb detector has a known and quantifiable difference in detection efficiency between electron-positron pairs and muon-antimuon pairs. Accounting for this difference is an essential step in measuring the probabilities and rates of decays of B-mesons into kaons plus one lepton-antilepton combination over another. They have now shown that lepton universality appears to be true, as the properly calibrated ratios of electron-positron pairs and muon-antimuon pairs appears to be indistinguishable from 1.0 with a proper recalibration incorporated into 2022-era analysis and later. Credit: LHCb Collaboration, R. Aaij et al., JINST, 2019

Μπορεί να υπάρχει ακόμη μια πέμπτη θεμελιώδης δύναμη εκεί έξω, και θα μπορούσε να παραμονεύει οπουδήποτε τα δεδομένα μας έχουν εκπλήξει με τον έναν ή τον άλλον τρόπο. Ωστόσο, πρέπει να είμαστε πολύ προσεκτικοί ώστε να μην καταλήξουμε σε (σχεδόν σίγουρα) άκυρα συμπεράσματα με βάση προκαταρκτικά δεδομένα.

• Πολλοί πίστευαν ότι η συνεργασία XENON είχε εντοπίσει κάτι ανώμαλο στο πείραμα XENON1T, αλλά μια επακόλουθη ανώτερη επανάληψη αυτού του πειράματος έδειξε ότι η πειραματική ανωμαλία εξαφανίστηκε.
• Πολλοί πίστευαν ότι η ανωμαλία Atomki θα οδηγούσε στην ανακάλυψη ενός νέου σωματιδίου και μιας πέμπτης θεμελιώδους δύναμης, αλλά η αδυναμία αναπαραγωγής των αποτελεσμάτων της και η έλλειψη ενός τέτοιου προβλεπόμενου σωματιδίου σε άλλα πειράματα έχουν επισκιάσει εντελώς αυτές τις προοπτικές.
• Πολλοί εξακολουθούν να ελπίζουν ότι η σκοτεινή ενέργεια θα αποδειχθεί κάτι διαφορετικό από μια κοσμολογική σταθερά, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί ακόμη να είναι μια πέμπτη θεμελιώδης δύναμη της φύσης, αλλά όλες οι παρατηρήσεις δείχνουν μόνο ελάχιστα στοιχεία για απόκλιση από την βαρετή παλιά κοσμολογική σταθερά που προέβλεψε ο Αϊνστάιν πριν από 100 χρόνια.

Αλλά πρέπει να θυμάστε ότι κάθε τέτοιος ισχυρισμός πρέπει να αντέξει στον έλεγχο. Πολλοί ήλπιζαν ότι τα στοιχεία της συνεργασίας DAMA/LIBRA για τη σκοτεινή ύλη θα επιβεβαιώνονταν, αλλά αποδείχθηκε ότι ήταν μια πρόχειρη μεθοδολογία που οδήγησε σε αμφίβολα αποτελέσματα. Πολλοί ήλπιζαν ότι η καθολικότητα των λεπτονίων θα παραβιαζόταν, αλλά η συνεργασία LHCb, ίσως προς έκπληξή τους, κατέληξε να δικαιώνει το Καθιερωμένο Πρότυπο. Και πολλοί ήλπιζαν ότι η παρατήρηση νετρίνων ταχύτερων από το φως θα προμήνυε μια επανάσταση στη φυσική, αλλά αυτές οι ελπίδες εξανεμίστηκαν με την ανακάλυψη ενός χαλαρού καλωδίου στο πείραμα OPERA.

Όσον αφορά την πέμπτη θεμελιώδη δύναμη, είναι ακόμα δυνατή, και αν εμφανιστεί κάπου, πιθανότατα θα είναι μια ανωμαλία υψηλής ακρίβειας που θα την αποκαλύψει πρώτη. Αλλά είναι ζωτικής σημασίας να κατανοήσουμε σωστά την επιστήμη, διαφορετικά θα φωνάζουμε «λύκος» με δική μας ευθύνη: απλώς επειδή φωνάξαμε πριν εστιάσει στην πραγματικότητα οτιδήποτε προσπαθούσαμε να δούμε.

Αυτό το άρθρο δημοσιεύτηκε για πρώτη φορά τον Αύγουστο του 2023. Ενημερώθηκε τον Μάρτιο του 2026.

Πηγή: https://bigthink.com/starts-with-a-bang/5th-fundamental-force/

 

 

Επιστήμονες επανέφεραν για πρώτη φορά δραστηριότητα σε κατεψυγμένους εγκεφάλους ποντικών. Scientists revive activity in frozen mouse brains for the first time

Μπορεί ο «κρυο-ύπνος» να κινείται στην σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας, αλλά οι ερευνητές πλησιάζουν όλο και περισσότερο στην αποκατάσταση της εγκεφαλικής λειτουργίας μετά από βαθιά κατάψυξη. Tο διαστημόπλοιο «Avalon» στην ταινία επιστημονικής φαντασίας Passengers (2016) μεταφέρει 5.000 επιβάτες σε έναν εξωπλανήτη με το διαστρικό ταξίδι να διαρκεί 120 χρόνια. Οι επιβάτες του διαστημοπλοίου βρίσκονται σε κάψουλες κρυονικής ύπνωσης. ‘Cryosleep’ remains the preserve of science fiction, but researchers are getting closer to restoring brain function after deep freezing.  The spaceship "Avalon" in the science fiction film Passengers (2016) transports 5,000 passengers to an exoplanet, with the interstellar journey lasting 120 years. The passengers of the spaceship are in cryonic hypnosis capsules. Image of the cryosleep pods in the movie “Passengers”.

Ένα οικείο μοτίβο της επιστημονικής φαντασίας είναι η βαθιά κατάψυξη του αστροναύτη: το σώμα του βρίσκεται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες (έως -196 οC) και σε αναστολή ζωτικών λειτουργιών, για να αποψυχθεί και να αφυπνιστεί δεκαετίες ή αιώνες αργότερα, έχοντας όλες τις νοητικές και σωματικές του ικανότητες άθικτες.

Οι ερευνητές που επιχειρούν την κρυονική κατάψυξη και απόψυξη εγκεφαλικού ιστού από ανθρώπους και άλλα ζώα – κυρίως νεαρά σπονδυλωτά – έχουν ήδη δείξει ότι ο νευρωνικός ιστός μπορεί να επιβιώσει από την κατάψυξη σε κυτταρικό επίπεδο και, μετά την απόψυξη, να λειτουργήσει σε κάποιο βαθμό. Ωστόσο, δεν έχει καταστεί δυνατό να αποκατασταθούν πλήρως οι διαδικασίες που είναι απαραίτητες για την ορθή λειτουργία του εγκεφάλου – όπως η πυροδότηση των νευρώνων, ο κυτταρικός μεταβολισμός και η πλαστικότητα του εγκεφάλου.

Μια ερευνητική ομάδα στη Γερμανία έχει πλέον επιδείξει μια μέθοδο κρυοσυντήρησης και απόψυξης εγκεφάλων ποντικού, η οποία αφήνει άθικτο ένα μέρος αυτής της λειτουργικότητας. Η μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στις 3 Μαρτίου στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), περιγράφει λεπτομερώς τη χρήση μιας μεθόδου που ονομάζεται υαλοποίηση (vitrification), η οποία διατηρεί τον ιστό σε μια υαλώδη κατάσταση, σε συνδυασμό με μια διαδικασία απόψυξης που διατηρεί τον ιστό ζωντανό.

«Αν η λειτουργία του εγκεφάλου είναι μια αναδυόμενη ιδιότητα της φυσικής του δομής, πώς μπορούμε να την ανακτήσουμε μετά από μια πλήρη διακοπή λειτουργίας;» αναρωτιέται ο Alexander German, νευρολόγος στο Πανεπιστήμιο Έρλανγκεν-Νυρεμβέργης στη Γερμανία και κύριος συγγραφέας της μελέτης. Τα ευρήματα, σημειώνει, δείχνουν την πιθανότητα να μπορέσουμε μια μέρα να προστατεύσουμε τον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια ασθενειών ή μετά από σοβαρούς τραυματισμούς, να δημιουργήσουμε τράπεζες οργάνων ή ακόμη και να επιτύχουμε κρυοσυντήρηση ολόκληρου του σώματος σε θηλαστικά.

Some researchers believe cryosleep will be available to us as we begin traveling to the red planet in the 2030’s. Image by NASA.

Ο Mrityunjay Kothari, ερευνητής μηχανολογίας στο Πανεπιστήμιο του Νιου Χάμσαϊρ στο Ντάραμ, συμφωνεί ότι η μελέτη προάγει την τρέχουσα τεχνογνωσία στην κρυοσυντήρηση εγκεφαλικού ιστού. «Αυτό το είδος προόδου είναι που μετατρέπει σταδιακά την επιστημονική φαντασία σε επιστημονική δυνατότητα», αναφέρει. Ωστόσο, προσθέτει ότι εφαρμογές όπως η μακροπρόθεσμη αποθήκευση μεγάλων οργάνων ή θηλαστικών παραμένουν πολύ πέρα από τις τρέχουσες δυνατότητες της μελέτης.

Συντήρηση για το μέλλον

A ‘cryosleep pod’ in the 1979 science-fiction film Alien. Credit: 20TH CENTURY FOX via AJ Pics/Alamy

Ο German και οι συνεργάτες του στράφηκαν σε μια μέθοδο κρυοσυντήρησης χωρίς πάγο που ονομάζεται υαλοποίηση, σε μια προσπάθεια να διατηρήσουν τη λειτουργία του εγκεφάλου. Η υαλοποίηση ψύχει τα υγρά αρκετά γρήγορα ώστε να παγιδεύει τα μόρια σε μια ανοργάνωτη, υαλώδη κατάσταση, προτού προλάβουν να σχηματίσουν κρυστάλλους πάγου. «Θέλαμε να δούμε αν η λειτουργικότητα θα μπορούσε να επανεκκινήσει μετά την πλήρη παύση της μοριακής κινητικότητας στην υαλώδη κατάσταση», εξηγεί ο German.

Αρχικά δοκίμασαν τη μέθοδό τους σε τομές εγκεφάλου ποντικού πάχους 350 μικρομέτρων, οι οποίες περιλάμβαναν τον ιππόκαμπο – ένα βασικό κέντρο του εγκεφάλου για την μνήμη και την χωρική πλοήγηση. Οι τομές του εγκεφάλου υποβλήθηκαν σε προεπεξεργασία σε ένα διάλυμα που περιείχε χημικές ουσίες κρυοσυντήρησης, πριν ψυχθούν ταχύτατα με υγρό άζωτο στους -196 °C. Στη συνέχεια, διατηρήθηκαν σε καταψύκτη στους -150 °C σε υαλώδη κατάσταση για χρονικό διάστημα από δέκα λεπτά έως επτά ημέρες.

Μετά την απόψυξη των τομών σε θερμά διαλύματα, η ομάδα ανέλυσε τον ιστό για να διαπιστώσει αν είχε διατηρήσει κάποια λειτουργική δραστηριότητα. Η μικροσκοπία έδειξε ότι οι μεμβράνες των νευρώνων και των συνάψεων ήταν άθικτες, και οι έλεγχοι για τη μιτοχονδριακή δραστηριότητα δεν αποκάλυψαν καμία μεταβολική βλάβη. Οι ηλεκτρικές καταγραφές των νευρώνων έδειξαν ότι, παρά τις μέτριες αποκλίσεις σε σύγκριση με τα κύτταρα ελέγχου, οι αντιδράσεις των νευρώνων στα ηλεκτρικά ερεθίσματα ήταν σχεδόν φυσιολογικές.

Οι νευρωνικές οδοί του ιππόκαμπου εξακολουθούσαν να εμφανίζουν τη συναπτική ενίσχυση ή «μακρόχρονη ενδυνάμωση» που αποτελεί τη βάση της μάθησης και της μνήμης. Ωστόσο, επειδή τέτοιες φέτες αποικοδομούνται φυσικά, οι παρατηρήσεις περιορίστηκαν σε λίγες ώρες.

Η ομάδα κλιμάκωσε την μέθοδο εφαρμόζοντάς την σε ολόκληρο τον εγκέφαλο ποντικού, διατηρώντας τον σε υαλώδη κατάσταση στους -140 °C για έως και οκτώ ημέρες. Ωστόσο, το πρωτόκολλο χρειάστηκε επανειλημμένες τροποποιήσεις για να ελαχιστοποιηθεί η συρρίκνωση του εγκεφάλου και η τοξικότητα από τα κρυοπροστατευτικά.

An image collage containing 2 images, Image 1 shows Three neurologists analyze brain scans on multiple computer monitors, Image 2 shows A hand holding a frozen white mouse, with several other frozen mice in the background. Andrey Popov – stock.adobe.com

Όταν οι εγκέφαλοι αποψύχθηκαν, προετοιμάστηκαν τομές και οι καταγραφές από τον ιππόκαμπο επιβεβαίωσαν ότι οι νευρωνικές οδοί – συμπεριλαμβανομένων αυτών του ιππόκαμπου που εμπλέκονται στη μνήμη – είχαν επιβιώσει και μπορούσαν ακόμη να υποστούν μακρόχρονη ενδυνάμωση. Ωστόσο, επειδή οι καταγραφές έγιναν χρησιμοποιώντας τομές εγκεφαλικού ιστού, οι ερευνητές δεν ήταν σε θέση να μετρήσουν εάν οι αναμνήσεις των ζώων είχαν επιβιώσει από την κρυοσυντήρηση.

Παραμένει επιστημονική φαντασία

Concept for the stasis chambers by SpaceWorks.

Ο German και η ομάδα του επεκτείνουν τη μέθοδό τους από τα ποντίκια σε ανθρώπινο εγκεφαλικό ιστό. «Έχουμε ήδη προκαταρκτικά δεδομένα που δείχνουν βιωσιμότητα σε ιστό από ανθρώπινο φλοιό», αναφέρει. Η ομάδα διερευνά επίσης πώς η μέθοδος της υαλοποίησης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την κρυοσυντήρηση ολόκληρων οργάνων, ιδιαίτερα της καρδιάς.

Ωστόσο, ο Kothari επισημαίνει ότι το ποσοστό επιτυχίας ήταν χαμηλό για ολόκληρο τον εγκέφαλο και ότι τα αποτελέσματα ενδέχεται να μην μεταφράζονται άμεσα σε μεγαλύτερα ανθρώπινα όργανα, τα οποία παρουσιάζουν άλλου είδους προκλήσεις. «Ορισμένες από αυτές τις προκλήσεις σχετίζονται με τους περιορισμούς στην μεταφορά θερμότητας και τις υψηλότερες θερμομηχανικές καταπονήσεις που μπορεί να προκαλέσουν ρωγμές», σημειώνει ο Kothari.

Ο German προσθέτει ότι «θα χρειαστούν καλύτερα διαλύματα υαλοποίησης, καθώς και τεχνολογίες ψύξης και επαναθέρμανσης, προτού αυτές οι αρχές μπορέσουν να εφαρμοστούν σε μεγάλα ανθρώπινα όργανα».

Πηγές: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2516848123 - https://www.nature.com/articles/d41586-026-00756-w - https://physicsgg.me/2026/03/18/ - https://medium.com/predict/the-truth-about-cryosleep-7d114ec22eb5

 

 

 

 

Ο χαμένος αστρικός χάρτης του Ίππαρχου αποκαλύπτεται μετά από 2.000 χρόνια. Scientists Reveal The Oldest Map of The Night Sky Ever Made

Νέα στοιχεία για τον χαμένο Κατάλογο Αστεριών του αρχαίου Έλληνα αστρονόμου Ίππαρχου ήρθαν στο φως χάρη στην πολυφασματική απεικόνιση ενός χειρογράφου παλίμψηστου και την επακόλουθη αποκρυπτογράφηση και ερμηνεία. Αυτά τα νέα στοιχεία είναι τα πιο έγκυρα μέχρι σήμερα και επιτρέπουν σημαντική πρόοδο στην ανακατασκευή του Καταλόγου Αστεριών του Ιππάρχου. Συγκεκριμένα, επιβεβαιώνουν ότι ο Κατάλογος Αστεριών αρχικά συντάχθηκε σε ισημερινές συντεταγμένες. Επιβεβαιώνουν επίσης ότι ο Κατάλογος Αστεριών του Πτολεμαίου δεν βασίστηκε αποκλειστικά σε δεδομένα από τον Κατάλογο του Ιππάρχου. Τέλος, τα διαθέσιμα αριθμητικά στοιχεία είναι συνεπή με ακρίβεια εντός 1° των πραγματικών αστρικών συντεταγμένων, γεγονός που θα καθιστούσε τον Κατάλογο του Ιππάρχου σημαντικά πιο ακριβή από αυτόν του διαδόχου του Κλαύδιου Πτολεμαίου. New evidence for ancient Greek astronomer Hipparchus’ lost Star Catalogue has come to light thanks to multispectral imaging of a palimpsest manuscript and subsequent decipherment and interpretation. This new evidence is the most authoritative to date and allows major progress in the reconstruction of Hipparchus’ Star Catalogue. In particular, it confirms that the Star Catalogue was originally composed in equatorial coordinates. It also confirms that Ptolemy’s Star Catalogue was not based solely on data from Hipparchus’ Catalogue. Finally, the available numerical evidence is consistent with an accuracy within 1° of the real stellar coordinates, which would make Hipparchus’ Catalogue significantly more accurate than his successor Claudius Ptolemy’s.

Επιστήμονες αποκάλυψαν πρόσφατα στοιχεία για τον αρχαιότερο γνωστό χάρτη του νυχτερινού ουρανού, ο οποίος πιστεύεται ότι δημιουργήθηκε πριν από περισσότερα από 2.000 χρόνια από τον διάσημο αρχαίο Έλληνα αστρονόμο Ίππαρχο. Η ανακάλυψη έγινε χάρη σε σύγχρονες τεχνολογίες σάρωσης που αποκάλυψαν κείμενα κρυμμένα μέσα σε ένα μεσαιωνικό χειρόγραφο, το οποίο για αιώνες έκρυβε κάτω από το ορατό κείμενο έναν χαμένο αστρονομικό κατάλογο.

Ο αρχαιότερος χάρτης των άστρων

Αυτή η έγχρωμη εκδοχή μιας γκραβούρας του 19ου αιώνα απεικονίζει τον αρχαίο Έλληνα αστρονόμο Ίππαρχο να χρησιμοποιεί ένα εργαλείο παρατήρησης για να μετρήσει τις θέσεις των αστεριών. Οι ιστορικοί της επιστήμης δεν γνωρίζουν ακριβώς πώς μέτρησε ο Ίππαρχος τα αστέρια τον δεύτερο αιώνα π.Χ., αλλά πρόσφατα ανακαλύφθηκαν θραύσματα από τον αστρικό του κατάλογο που αποκαλύπτουν την αξιοσημείωτη ακρίβεια του έργου του. This colored version of a 19th-century engraving depicts ancient Greek astronomer Hipparchus using a sighting tool to measure the positions of the stars. Science historians don't know exactly how Hipparchus measured the stars in the second century B.C., but recently discovered fragments from his star catalog reveal the remarkable accuracy of his work.  North Wind Picture Archives, Alamy Stock Photo

Ο χάρτης θεωρείται έργο του Ίππαρχου, ενός από τους σημαντικότερους αστρονόμους της αρχαιότητας, που έζησε περίπου μεταξύ 190 και 120 π.Χ.. Ο Ίππαρχος θεωρείται ο πρώτος αστρονόμος στον δυτικό κόσμο που προσπάθησε να δημιουργήσει έναν συστηματικό κατάλογο των άστρων, καταγράφοντας τις θέσεις τους στον ουρανό και μελετώντας τις κινήσεις του Ήλιου και της Σελήνης.

Για πολλούς αιώνες, οι επιστήμονες πίστευαν ότι το έργο του είχε χαθεί. Μέχρι πρόσφατα, το μόνο σωζόμενο κομμάτι της δουλειάς του ήταν ένα σχόλιο που είχε γράψει πάνω σε παλαιότερα κείμενα σχετικά με τους αστερισμούς.

Το χειρόγραφο που έκρυβε τον χάρτη

These images of the manuscript that contains “erased” fragments of Hipparchus's star catalog show how multispectral analysis can be used to reconstruct hidden text. The later Syriac text is in black, the Greek text revealed underneath in yellow. Courtesy Museum of the Bible Collection. All rights reserved. © Museum of the Bible, 2021.

Η μεγάλη ανακάλυψη έγινε το 2022, όταν ερευνητές εξέτασαν προσεκτικά ένα χειρόγραφο του 6ου αιώνα. Το χειρόγραφο αποδείχθηκε ότι ήταν ένα παλίμψηστο — ένα έγγραφο δηλαδή στο οποίο το αρχικό κείμενο είχε σβηστεί ώστε η περγαμηνή να χρησιμοποιηθεί ξανά, κάτι συνηθισμένο στον Μεσαίωνα λόγω του υψηλού κόστους των υλικών.

Ο Ίππαρχος πιθανότατα επηρεάστηκε από το προηγούμενο έργο των Βαβυλωνίων αστρονόμων, οι οποίοι μέτρησαν τις αποστάσεις ορισμένων αστερισμών από την εκλειπτική. Παρακολουθώντας τις κινήσεις αυτών των ζωδιακών αστερισμών - των αστερισμών που βρίσκονται σε ένα μέρος του ουρανού από το οποίο κινείται ο ήλιος κατά τη διάρκεια του έτους - οι Βαβυλώνιοι μπορούσαν να μετρήσουν τις εποχές και να προβλέψουν αστρονομικά γεγονότα όπως οι εκλείψεις. Ο συνδυασμός της βαβυλωνιακής πρακτικής της μέτρησης και της πρόβλεψης των κινήσεων των αστεριών με τις ελληνικές έννοιες των μαθηματικών και της γεωμετρίας θεωρείται το θεμελιώδες επίτευγμα του Ίππαρχου. Ben Scott, NG Staff. Source: NASA, International Astronomical Union

Κάτω από το χριστιανικό κείμενο που έγραψαν μοναχοί στα συριακά, οι ερευνητές εντόπισαν ίχνη ενός παλαιότερου ελληνικού αστρονομικού κειμένου. Οι αναφορές που βρέθηκαν συνδέονται με το φαινόμενο της μετάπτωσης της Γης – την αργή ταλάντωση του άξονα περιστροφής του πλανήτη – κάτι που ταιριάζει χρονικά με την εποχή του Ίππαρχου.

Η σύγχρονη τεχνολογία αποκαλύπτει το κρυμμένο κείμενο

A portion of the Codex Climaci rescriptus palimpsest, from the Museum of the Bible in Washington, DC. SLAC researchers used X-ray beams and the particle accelerator to recover the work of an ancient astronomer, who made the earliest known attempt to log the stars.  (Jacqueline Ramseyer Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory)

Για να διαβάσουν το κρυμμένο κείμενο χωρίς να καταστρέψουν το εύθραυστο χειρόγραφο, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν ακτίνες Χ που παράγονται από έναν επιταχυντή σωματιδίων (synchrotron) στο SLAC National Accelerator Laboratory στις ΗΠΑ.

The Codex Climaci Rescriptus palimpsest is a centuries old manuscript that hides what may be the oldest-known map of the stars. X-ray beams from our synchrotron at SLAC are helping uncover the long-erased and overwritten star map by scanning for trace metals left behind by the original inks. More: https://stanford.io/4rlEqG7. Footage captured by Olivier Bonin/SLAC

Η τεχνολογία αυτή επιτρέπει στους ερευνητές να διακρίνουν διαφορετικές χημικές συνθέσεις μελανιών. Το κείμενο που έγραψαν οι μοναχοί περιέχει σίδηρο, ενώ το αρχαιότερο ελληνικό κείμενο έχει διαφορετική χημική «υπογραφή» με βάση το ασβέστιο. Έτσι μπορούν να ξεχωρίσουν και να αποκαλύψουν τα κρυμμένα γράμματα.

Τα πρώτα στοιχεία από τον χάρτη

This cross-fade montage shows a detail of the palimpsest under ordinary lighting; under multispectral analysis; and with a reconstruction of the hidden text.Credit: Museum of the Bible. Photo by Early Manuscripts Electronic Library/Lazarus Project, University of Rochester; multispectral processing by Keith T. Knox; tracings by Emanuel Zingg.

Ήδη οι ερευνητές έχουν καταφέρει να ανακτήσουν ορισμένες περιγραφές άστρων και αναφορές σε αστερισμούς, όπως ο Υδροχόος. Ο στόχος των επιστημόνων είναι να ανακτήσουν όσο το δυνατόν περισσότερες από τις αρχικές αστρονομικές συντεταγμένες των άστρων, ώστε να κατανοήσουν καλύτερα πώς οι αρχαίοι επιστήμονες χαρτογράφησαν τον ουρανό.

Ο ιστορικός της επιστήμης Βίκτορ Ζισενμπέργκ δήλωσε ότι οι συντεταγμένες που έχουν ήδη βρεθεί είναι εντυπωσιακά ακριβείς, ιδιαίτερα αν αναλογιστεί κανείς ότι υπολογίστηκαν με γυμνό μάτι, αιώνες πριν από την εφεύρεση του τηλεσκοπίου.

Ένα χειρόγραφο με μακρύ ταξίδι

The library of St Catherine Monastery on the Sinai Peninsula in Egypt yielded a palimpsest containing stellar coordinates by Hipparchus. Credit: Amanda Ahn/Alamy

Το χειρόγραφο ονομάζεται Codex Climaci Rescriptus και πιστεύεται ότι προέρχεται από τη Μονή της Αγίας Αικατερίνης στο Σινά, ένα από τα παλαιότερα συνεχώς λειτουργούντα χριστιανικά μοναστήρια στον κόσμο. Σήμερα φυλάσσεται στο Museum of the Bible στην Ουάσινγκτον, απ’ όπου μεταφέρθηκε ειδικά για τη μελέτη.

Elizabeth Hayslett, a conservator from the Museum of the Bible, demonstrates the custom matting and frames used to keep 11 ancient parchment pages flat during high-speed X-ray scanning at the SLAC National Accelerator Laboratory in Menlo Park. (Ayah Ali-Ahmad/KQED)

Η μεταφορά και η μελέτη του χειρογράφου απαιτούν εξαιρετική προσοχή: οι σελίδες τοποθετήθηκαν σε ειδικά πλαίσια, σε θήκες με ελεγχόμενη υγρασία, ενώ ο φωτισμός στον χώρο σάρωσης ρυθμίζεται ώστε να μην αλλοιωθεί το μελάνι.

Ένα παζλ που δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί

From left, conservator Elizabeth Hayslett, scholar Victor Gysembergh and physicist Uwe Bergmann place a manuscript page into a scanning apparatus at the SLAC National Accelerator Laboratory. The interdisciplinary team is collaborating to recover the oldest known numerical catalog of the stars. (Jacqueline Ramseyer Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory)

Μέχρι στιγμής έχουν σαρωθεί μόνο 11 σελίδες από το χειρόγραφο, το οποίο συνολικά αποτελείται από περίπου 200 σελίδες. Επιπλέον, πολλές από αυτές βρίσκονται σε διαφορετικές συλλογές και βιβλιοθήκες ανά τον κόσμο, κάτι που κάνει την πλήρη αποκατάσταση του χάρτη ιδιαίτερα δύσκολη.

Παρά τις δυσκολίες, οι επιστήμονες θεωρούν ότι η πιθανότητα ανασύνθεσης του πρώτου γνωστού χάρτη του νυχτερινού ουρανού αποτελεί μια εξαιρετικά σημαντική στιγμή για την ιστορία της επιστήμης. Η έρευνα ίσως αποκαλύψει πώς οι αρχαίοι Έλληνες αστρονόμοι κατάφεραν, πριν από περισσότερα από δύο χιλιάδες χρόνια, να καταγράψουν με τόσο μεγάλη ακρίβεια τον ουρανό που βλέπουμε μέχρι σήμερα.

Πηγές: https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/00218286221128289 - https://www.sciencealert.com/scientists-reveal-the-oldest-map-of-the-night-sky-ever-made - https://www.huffingtonpost.gr/diethnes/oi-epistimones-apokalypsan-ton-palaiotero-charti-tou-nychterinou-ouranou-pou-echei-dimiourgithei-pote/ - https://www.thearchaeologist.org/blog/first-known-map-of-night-sky-found-hidden-in-medieval-parchment - https://www.kqed.org/news/12070647/stanford-scientists-reveal-oldest-map-of-the-night-sky-previously-lost-to-time