Το ιστολόγιο "Τέχνης Σύμπαν και Φιλολογία" είναι ένας διαδικτυακός τόπος που αφιερώνεται στην προώθηση και ανάδειξη της τέχνης, της επιστήμης και της φιλολογίας. Ο συντάκτης του ιστολογίου, Κωνσταντίνος Βακουφτσής, μοιράζεται με τους αναγνώστες του τις σκέψεις του, τις αναλύσεις του και την αγάπη του για τον πολιτισμό, το σύμπαν και τη λογοτεχνία.
Arts Universe and Philology
The blog "Art, Universe, and Philology" is an online platform dedicated to the promotion and exploration of art, science, and philology. Its owner, Konstantinos Vakouftsis, shares his thoughts, analyses, and passion for culture, the universe, and literature with his readers.
Τώρα
περισσότερο από ποτέ, οι διαστημικές υπηρεσίες και οι δισεκατομμυριούχοι έχουν
στο μυαλό τους να βρουν ένα νέο σπίτι για την ανθρωπότητα πέρα από την τροχιά
της Γης. Ο Άρης είναι ο πρώτος υποψήφιος, δεδομένης της εγγύτητάς του, του
24ωρου κύκλου ημέρας/νύχτας και της ατμόσφαιρας που είναι πλούσια σε διοξείδιο
του άνθρακα (CO2).
Ωστόσο,
υπάρχει μια άλλη θεωρία, σύμφωνα με την οποία ο αποικισμός ενός άλλου πλανήτη,
οποιονδήποτε πλανήτη, σαν πρότζεκτ φέρνει περισσότερα προβλήματα από λύσεις.
Σύμφωνα
με το Live Science, μια νέα μελέτη προσφέρει
μια δημιουργική, αντίθετη πρόταση: Παρατήστε τον Κόκκινο πλανήτη (Ditch the Red
Planet) και δημιουργήστε ένα γιγαντιαίο πλωτό βιότοπο γύρω από τον νάνο πλανήτη
Ceres.
(a) O μεγαδορυφόρος.
Janhunen's megasatellite would include a disk of interconnected habitat
cylinders (center), flanked on both sides by massive mirrors to angle sunlight
into the colony. (Image credit: Pekka Janhunen)
Η
μελέτη, η οποία δεν έχει ακόμη αξιολογηθεί από την ακαδημαϊκή κοινότητα, ο
αστροφυσικός Pekka Janhunen του Φινλανδικού Μετεωρολογικού Ινστιτούτου στο
Ελσίνκι περιγράφει το όραμά του για ένα «μεγα-δορυφόρο» χιλιάδων κυλινδρικών
διαστημικών σκαφών, όλα συνδεδεμένα μεταξύ τους σε σχήμα δίσκου που
περιστρέφεται μόνιμα γύρω από τον Ceres, το μεγαλύτερο αντικείμενο στην
αστεροειδή ζώνη μεταξύ Άρη και Δία.
This NASA illustration
shows what the interior of an O'Neill Cylinder could look like. Each habitat
would have an artificial atmosphere, Earth-like gravity and a mix of urban and
agricultural space. (Image
credit: Rick Guidice courtesy of NASA)
Κάθε
ένας από αυτούς τους κυλινδρικούς οικισμούς θα μπορεί να φιλοξενήσει πάνω από
50.000 άτομα, να υποστηρίξει μια τεχνητή ατμόσφαιρα και να δημιουργήσει μια
γήινη βαρύτητα μέσω της φυγοκεντρικής δύναμης της περιστροφής του, έγραψε ο
Janhunen.
Αυτή
η ιδέα, προτάθηκε για πρώτη φορά στη δεκαετία του 1970 και είναι γνωστή ως
κύλινδρος O’Neill.
Γιατί
στον Ceres;
Ο
πλανήτης – νάνος Δήμητρα όπως τον «είδε» το διαστημικό σκάφος Αυγή της NASA. This orthographic projection shows
dwarf planet Ceres as seen by NASA's Dawn spacecraft. Imagecredit: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
Η
μέση απόσταση από τη Γη είναι συγκρίσιμη με εκείνη του Άρη, έγραψε ο Janhunen,
καθιστώντας το ταξίδι σχετικά εύκολο, αλλά ο πλανήτης νάνος έχει επίσης ένα
μεγάλο στοιχειώδες πλεονέκτημα. Ο Ceres είναι πλούσιος σε άζωτο, κάτι που θα
ήταν κρίσιμο για την ανάπτυξη της ατμόσφαιρας του οικισμού σε τροχιά, είπε ο
Janhunen. Η ατμόσφαιρα της Γης περιέχει περίπου 79% άζωτο. Αντί να χτίσει μια
αποικία στην επιφάνεια του μικροσκοπικού κόσμου, καθώς ο Ceres έχει ακτίνα
περίπου το 1/13 από αυτή της Γης, οι έποικοι θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν
διαστημικούς ανελκυστήρες για τη μεταφορά πρώτων υλών από τον πλανήτη απευθείας
στους βιότοπους τους σε τροχιά.
The future is
bright when you live in a habitat cylinder millions of miles from Earth. (Image credit: Don Davis courtesy of NASA)
Αυτός
ο τροχιακός τρόπος ζωής θα μπορούσε επίσης να είναι η λύση σε ένα από τα
μεγαλύτερα ζητήματα που βλέπει ο Janhunen στην ιδέα μιας αποικίας στον Άρη: τις
επιπτώσεις της χαμηλής βαρύτητας στην υγεία.
«Η
ανησυχία μου είναι ότι τα παιδιά σε έναν οικισμό στον Άρη δεν θα εξελιχθούν σε
υγιείς ενήλικες (από άποψη μυών και οστών) λόγω της πολύ χαμηλής βαρύτητας»,
δήλωσε ο Janhunen στο Live Science.
«Επομένως, έψαξα για μια εναλλακτική λύση που θα παρείχε βαρύτητα [σαν τη Γη]
αλλά και έναν διασυνδεδεμένο κόσμο.»
Η
επεξεργασία δεδομένων ηλεκτρονικής μικροσκοπίας δίνει εικόνες θεαματικής
λεπτομέρειας. Image of SARS-CoV-2 Atomistic model made by
Nanographics GmbH.
Δεν
πρόκειται για τρισδιάστατο μοντέλο, αλλά για την πρώτη άμεση απεικόνιση του
SARS-CoV-2 σε τρεις διαστάσεις.
Η
θεαματική εικόνα παρουσιάστηκε από την αυστριακή εταιρεία Nanographics, η οποία
επεξεργάστηκε δεδομένα που συλλέχθηκαν με την τεχνική της κρυοηλεκτρονικής
μικροσκοπίας.
Διακριτικό
όριο
Image of SARS-CoV-2
Atomistic model made by Nanographics GmbH.
Ο
ιός που πήρε πανδημικές διαστάσεις και αναστάτωσε την ανθρωπότητα είναι αδύνατο
να γίνει ορατός με οπτικό μικροσκόπιο, δεδομένου ότι το μέγεθός του –περίπου
100 νανόμετρα ή δισεκατομμυριοστά του μέτρου- είναι μικρότερος από το μήκος
κύματος του ορατού φωτός.
Τη
λύση για αυτά τα μεγέθη προσφέρει η ηλεκτρονική μικροσκοπία, η οποία μετρά πώς
το υπό εξέταση δείγμα εκτρέπει τα ηλεκτρόνια με τα οποία βομβαρδίζεται. Η
τεχνολογία των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων συνεχίζει να βελτιώνεται εδώ και
δεκαετίες και πλέον πλησιάζει το επίπεδο της ατομικής ανάλυσης.
Η
Nanographics, εταιρεία που ιδρύθηκε από ερευνητές του Τεχνικού Πανεπιστημίου
της Βιέννης, αξιοποίησε δεδομένα που προσέφερε η ομάδα του Σάι Λι στο
Πανεπιστήμιο Τσινγκούα του Πεκίνου.
Κατάψυξη
Η
3D απεικόνιση βασίστηκε σε ψηφιακά δεδομένα ηλεκτρονικής μικροσκοπίας. Image of
SARS-CoV-2 Atomistic model made by Nanographics GmbH.
Οι
κινέζοι ερευνητές χρησιμοποίησαν την τεχνική της κρυοηλεκτρονικής μικροσκοπίας,
στην οποία το δείγμα καταψύχεται πριν εξεταστεί.
Η
αυστριακή εταιρεία ανέλαβε στη συνέχεια να επεξεργαστεί τα δεδομένα και να
αφαιρέσει τον θόρυβο που προκαλεί το αλατούχο διάλυμα μέσα στο οποίο είχαν πακεταριστεί
χιλιάδες αντίγραφα του ιού.
This is the first
time you can see real (flash-frozen) coronavirus in 3D. Viruses are very small.
One thousand of them lined up next to each other would be as thick as a single
hair. When scientists look for ways how to fight a virus, they use detailed 3D
models. But can we see a virus for real? With cryo-em tomography and the visualization
technology developed at nanographics, we can! Cryo-EM tomography data is pretty
noisy, but that didn't stop us. We used machine learning and advanced
visualization algorithms to show you the most detailed view of a real
SARS-CoV-2 virion, in 3D, directly from the electron microscopy scans. Instead
of photons of visible light, which give things colors, this scan is made with
electrons. That means that the scan does not have any color information. We
added artificial colors to distinguish individual parts of the virion, which
would otherwise blend in together. Credit:
Too Dope for Microscope
Η
ποιότητα του αποτελέσματος είναι τόσο υψηλή ώστε μπορεί κανείς να διακρίνει
ακόμα και τις πρωτεΐνες-ακίδες που προεξέχουν από την επιφάνεια του ιού και
επιτρέπουν την είσοδό του στα ανθρώπινα κύτταρα.
Οι
μέθοδοι που επέτρεψαν τη δημιουργία της εικόνας θα μπορούσαν να αποδειχθούν
χρήσιμες στην ταχεία ανάλυση δεδομένων μικροσκοπίας, δήλωσε ο Ιβάν Βαϊόλα του
Τεχνικού Πανεπιστημίου της Βιέννης.
Η
ομάδα του συνεργάζεται τώρα με το αμερικανικό Ινστιτούτο Scrippes και το Πανεπιστήμιο
Επιστήμης και Τεχνολογίας της Σαουδικής Αραβίας για την ανάπτυξη λογισμικού
δημιουργίας δομικών μοντέλων πρωτεϊνών και άλλων βιομορίων.
Οι
προερχόμενες από άστρα νετρονίων μυστηριώδεις ακτίνες Χ, μπορεί να είναι η
πρώτη απόδειξη ύπαρξης των αξιονίων, των υποθετικών σωματιδίων που πολλοί
φυσικοί πιστεύουν ότι αποτελούν την σκοτεινή ύλη. Theoretical
physicists suggest that never-before-observed particles called axions may be
the source of unexplained, high-energy X-ray emissions surrounding a group of
neutron stars. Image credit: Raphael.concorde, Wikimedia Commons
Τα
αξιόνια είναι προς το παρόν θεωρητικά κατασκευάσματα. Η ύπαρξη των αξιονίων
προβλέπεται από όλα τα υπερσυμμετρικά μοντέλα. Σπάνια αλληλεπιδρούν με άλλα
σωματίδια και γι αυτό δεν έχουν ανιχνευθεί μέχρι σήμερα. Θεωρητικά, τα αξιόνια
μπορούν να δημιουργηθούν από τις συγκρούσεις άλλων σωματιδίων ή υπάρχουν φυσικά
ως συστατικά της σκοτεινής ύλης. Τα αξιόνια προβλέπονται επίσης και από τη
θεωρία χορδών η οποία επιχειρεί την ενοποιήσει τις δυνάμεις του σύμπαντος και
να δείξει ότι όλα τα σωματίδια είναι στην πραγματικότητα δονήσεις μονοδιάστατων
στοιχειωδών χορδών.
Το
2019 παρατηρήθηκε μια μυστηριώδης, ανεξήγητη αύξηση εκπομπής ακτίνων Χ από
πολλά άστρα νετρονίων. Μια πρόταση για την ερμηνεία της περίσσειας εκπομπής των
ακτίνων Χ ήταν ότι προκαλούνται από την παραγωγή αξιονίων στους πυρήνες των
άστρων νετρονίων.
Καλλιτεχνική
αναπαράσταση του διαστημικού τηλεσκοπίου XMM-Newton που ανίχνευσε περίσσεια
εκπομπή ακτίνων Χ από αστέρες νετρονίων. The XMM-Newton
space telescope, shown above in an artistic rendering, detected unusually high
levels of X-ray emission from nearby neutron stars. A team of scientists,
including a University of Minnesota researcher, found that the excess of X-rays
may be the first evidence of axions, hypothetical particles that could help
physicists unravel several mysteries of the universe. Image courtesy of D.
Ducros and the European Space Agency.
Οι
ερευνητές χρησιμοποίησαν μια προτεινόμενη θεωρία σχετικά με τα αξιόνια για να
εξηγήσουν αυτό το φαινόμενο. Στην εν λόγω θεωρία τα αξιόνια παράγονται στον
πυρήνα ενός άστρου νετρονίων ως υποπροϊόντα συγκρούσεων μεταξύ νετρονίων και
πρωτονίων. Στη συνέχεια, τα σωματίδια εκτοξεύονται προς τα έξω στο ισχυρό
μαγνητικό πεδίο του άστρου, όπου μετατρέπονται στα φωτόνια των ακτίνων Χ
ενέργειας 2 έως 8 keV που ανιχνεύονται από τηλεσκόπια, όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο
XMM-Newton. Τα αξιόνια μεταφέρουν πολύ περισσότερη ενέργεια από τα φωτόνια που
εκπέμπουν συνήθως τα άστρα νετρονίων. Τα παραγόμενα στη συνέχεια φωτόνια από τα αξιόνια θα έχουν
επίσης περισσότερη ενέργεια, εξηγώντας έτσι εξηγείται την απροσδόκητη αύξηση
των ακτίνων Χ. Οι ερευνητές δεν ισχυρίζονται ότι ανακάλυψαν ήδη τα αξιόνια,
αλλά υποστηρίζουν πως τα επιπλέον φωτόνια ακτίνων Χ μπορούν να εξηγηθούν από
σωματίδια όπως τα αξιόνια.
Τα
μέχρι στιγμής δεδομένα δεν επαρκούν για να αποδείξουν ότι οι εν λόγω ακτίνες Χ
προέρχονται από αξιόνια, αλλά οι ερευνητές ελπίζουν ότι με περισσότερα δεδομένα
και από άλλα τηλεσκόπια θα δοθεί οριστική απάντηση στο άμεσο μέλλον.
Μήπωςείδατετην SUSY;
Once the most popular framework for physics beyond the Standard Model,
supersymmetry is facing a reckoning—but many researchers are not giving up on
it yet. IllustrationbySandboxStudio, ChicagowithSteveShanabruch
H
θεωρία που περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις και την συμπεριφορά των στοιχειωδών
σωματιδίων, το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων, είναι μεν πολύ
επιτυχημένο αλλά και εμφανώς ατελές.
Οι
προβλέψεις του έχουν συνδέσει μεταξύ τους πολλά από τα γνωστά χαρακτηριστικά
του σύμπαντος και καθοδήγησαν τους φυσικούς σε νέες ανακαλύψεις, όπως το
σωματίδιο Higgs. Όμως, δεν μπορεί να μπορεί να εξηγήσει την ύπαρξη της
σκοτεινής ύλης – την μυστηριώδη ουσία που αποτελεί το 85% της ύλης του
σύμπαντος – ή να εξηγήσει την μάζα του σωματιδίου Higgs.
Πως
μπορούν οι φυσικοί να συμπληρώσουν τα κενά του; Εδώ και δεκαετίες, ένα σύνολο
θεωριών που ήταν γνωστά ως υπερσυμμετρία φάνηκε να δίνει μια κομψή λύση.
Table of the
Standard Model (left) particles and their hypothetical supersymmetric
particles.
Η
υπερσυμμετρία υπερδιπλασιάζει τον αριθμό των σωματιδίων στο Καθιερωμένο
Πρότυπο. Τα σωματίδια που γνωρίζουμε μπορούν να χωριστούν σε δυο κατηγορίες: τα
φερμιόνια και τα μποζόνια. Στις υπερσυμμετρικές θεωρίες κάθε σωματίδιο έχει
έναν ακόμα ‘υπερ-σύντροφο’ με πολλές παρόμοιες ιδιότητες – που όμως δεν έχουν
ανακαλυφθεί. Τα φερμιόνια συνδυάζονται με τα μποζόνια και αντιστρόφως.
Η
υπερσυμμετρία προβλέπει ότι για κάθε γνωστό στοιχειώδες σωματίδιο (επάνω)
υπάρχει ο αντίστοιχος υπερσυμμετρικός συντρόφός του (κάτω). Τα υπερσυμμετρικά
σωματίδια έχουν μεγαλύτερες μάζες από τα αντίστοιχα γνωστά μας σωματίδια (όπως
υποδεικνύεται από το μέγεθος των σφαιρών). Supersymmetry it
predicts a partner particle for each particle in the Standard Model. If the
theory is correct, supersymmetric particles should appear in collisions at the
LHC.
Η
ιδέα μιας συμμετρίας μεταξύ φερμιονίων και μποζονίων ξεκίνησε στις αρχές της
δεκαετίας του 1970 για να επιλυθεί ένα μαθηματικό ζήτημα στην θεωρία των
χορδών. Το 1974, οι Julius Wess και
Bruno Zumino ανακάλυψαν ότι μια ευρεία τάξη κβαντικών θεωριών πεδίων που θα
μπορούσε να γίνει υπερσυμμετρική μέσω μιας γενίκευσης των συμμετριών της
σχετικότητας. Σύντομα οι ερευνητές επινόησαν θεωρίες στις οποίες ένα σωματίδιο
και ο σύντροφός του θα μπορούσαν να έχουν διαφορετικές μάζες.
Στις
αρχές της δεκαετίας του 1980 οι θεωρητικοί συνειδητοποίησαν ότι το ίδιο το
Καθιερωμένο Πρότυπο θα μπορούσε να γίνει υπερσυμμετρικό και ότι αυτή η επέκταση
θα επιλύσει ορισμένα ενοχλητικά θεωρητικά προβλήματα. Για παράδειγμα, η μικρή
μάζα του μποζονίου Higgs είναι εξαιρετικά δύσκολο να εξηγηθεί – ο υπολογισμός
του απαιτεί αφαίρεση δυο πολύ μεγάλων αριθμών που είναι ελαφρώς διαφορετικοί
μεταξύ τους. Αλλά σύμφωνα με την Elodie Resseguie, postdoc στο Εθνικό
Εργαστήριο Lawrence Berkeley, «αν προστεθεί η υπερσυμμετρία, τότε
τακτοποιούνται όλες αυτές οι ακυρώσεις έτσι ώστε να πάρουμε μια μικρή μάζα για
το Higgs».
Εκτός
όμως από μια ερμηνεία για την μάζα του Higgs, η υπερσυμμετρία προσέφερε κι άλλα
θεωρητικά πλεονεκτήματα. Το ελαφρότερο υπερσυμμετρικό σωματίδιο θα ήταν ένας
από τους καλύτερους υποψήφιους για την σκοτεινή ύλη. Και οι ισχείς (ή μήπως οι
ισχύες;) της ηλεκτρομαγνητικής, της ασθενούς και της ισχυρούς αλληλεπίδρασης
γίνονται ίσες σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες, υποδεικνύοντας ότι οι θεμελιώδεις
δυνάμεις που παρατηρούμε σήμερα, στο αρχέγονο σύμπαν ήταν ενοποιημένες.
Particle collisions
event simulation at 13,000 GeV in the CMS, a general-purpose detector at the
Large Hadron Collider. Mediacredits: CERN
Οι
απλούστερες υπερσυμμετρικές θεωρίες – αυτές που εξηγούν καλύτερα το μποζόνιο Higgs – προβλέπουν έναν ζωολογικό κήπο νέων
σωματιδίων με μάζες συγκρίσιμες με αυτές των μποζονίων W και Ζ. Όταν το 2009 ενεργοποιήθηκε ο
Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC)
στο CERN, πολλοί φυσικοί
σωματιδίων πίστευαν ότι η ανακάλυψη των υπερ-συντρόφων ήταν θέμα χρόνου. Όμως,
μετά την θριαμβευτική ανακάλυψη του μποζονίου Higgs … δεν εμφανίστηκε κανένα άλλο σωματίδιο.
Σοκαρίστηκα με την μη ανακάλυψη υπερσυμμετρικών σωματιδίων στις πρώτες μέρες
του LHC, λέει ο MichaelPeskin, ένας θεωρητικός φυσικός από το SLAC.
Όμως
δεν εξεπλάγησαν όλοι οι θεωρητικοί. «Υπήρχαν πολλοί φυσικοί που έλεγαν δυνατά
ότι υπήρχε κάτι λάθος με τη βασική εικόνα της υπερσυμμετρίας πολύ πριν από την
λειτουργία του LHC»,
λέει ο NimaArkani-Hamed, θεωρητικός στο Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών στο Πρίνστον
του Νιου Τζέρσεϋ. Αν όλα αυτά τα σωματίδια με τις προβλεπόμενες μάζες
βρίσκονταν γύρω μας θα είχαν μια κάποια έμμεση επίδραση στις φυσικές
διαδικασίες χαμηλών ενεργειών.
Σύμφωνα
με τον Arkani-Hamed, τα πειράματα στον Large Electron-Positron Collider (LEP),
που πραγματοποιήθηκαν από το 1989 έως το 2000, είχαν ήδη δημιουργήσει
αμφιβολίες για τα πιο απλά υπερσυμμετρικά μοντέλα.
Sylvester James
Gates Jr., a Perimeter Institute Distinguished Visiting Research Chair,
Professor at the University of Maryland, and a member of the US President's
scientific advisory council, explains his early work in supersymmetry, and some
of the surprising discoveries it has enabled. Credit: Perimeter Institute for Theoretical
Physics
Ο
Jim Gates, ένας θεωρητικός στο Πανεπιστήμιο του Μπράουν και εκλεγμένος πρόεδρος
της Ένωσης Αμερικανών Φυσικών, λέει ότι δεν περίμενε να εμφανιστεί ποτέ
υπερσυμμετρία στον LHC. Εδώ και δεκαετίες, οι πιο εύλογες υπερσυμμετρικές
θεωρίες προβλέπουν ότι οι υπερσυμμετρικοί σύντροφοι έχουν πολύ μεγάλες μάζες
για να ανακαλυφθούν με τους τρέχοντες επιταχυντές.
Gluino vs. Squark
mass possibilities plotted out for natural SUSY. 2015.04.29
Καθώς
τα δεδομένα από τον LHC συνεχίζουν να συσσωρεύονται, αποκλείστηκαν σε μεγάλο
βαθμό τα μοντέλα της υπερσυμμετρίας που προτιμήθηκαν αρχικά από την
επιστημονική κοινότητα. Για παράδειγμα, οι υπερσυμμετρικοί σύντροφοι των
γλοιονίων, τα gluinos (γλοιίνια;), έχουν αποκλειστεί για μάζες έως 2
τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ (2GeV)- μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από ότι
περίμεναν πολλοί θεωρητικοί. Φαίνεται μάλλον απίθανο ότι η υπερσυμμετρία θα
μπορούσε να περιλαμβάνει και τα τρία χαρακτηριστικά που θεωρούσαν τα μοντέλα
πριν τον LHC – μια εξήγηση για την μάζα του σωματιδίου Higgs, ένα σωματίδιο
σκοτεινής ύλης και ενοποίηση δυνάμεων.
Ηέλλειψηπειραματικώναποδεικτικών στοιχείων για την
υπερσυμμετρία στον LHC δεν σημαίνει και τον θάνατο αυτής της ιδέας. «Τώρα οι
φυσικοί στρέφονται σε πολλές διαφορετικές κατευθύνσεις», λέει ο Peskin.
«Είμαστε όλοι πολύ μπερδεμένοι αυτή τη στιγμή.»
Επαναξιολόγηση
υποθέσεων
To identify
collision events in which long-lived particles could be decaying far away from
the LHC collision point, the ATLAS collaboration focused on signals from the
experiment’s calorimeter and muon spectrometer (both pictured here). (Image: S. Goldfarb/ATLAScollaboration)
Εάν
η υπερσυμμετρία ισχύει, υπάρχουν δύο κύριες δυνατότητες: Είτε όλα τα
υπερσυμμετρικά σωματίδια είναι πολύ βαριά για να παραχθούν στις ενέργειες που
επιτυγχάνουν οι σημερινοί επιταχυντές σωματιδίων, όπως υποπτεύεται ο Gates – ή
τα υπερσυμμετρικά σωματίδια δημιουργούνται σε συγκρούσεις στον LHC, αλλά για
κάποιο λόγο δεν καταγράφονται από τους ανιχνευτές.
Στη
δεύτερη περίπτωση, «οι φυσικοί ψάχνουν για νέα μοντέλα που παράγουν εξωτικές
υπογραφές που δεν έχουμε ψάξει στο παρελθόν, ή ψάχνουν για μοντέλα των οποίων
οι υπογραφές είναι δύσκολο να εντοπιστούν πειραματικά», λέει ο Resseguie, μέλος
της συνεργασίας ATLAS.
Για
παράδειγμα, οι περισσότερες αναζητήσεις για νέα σωματίδια στον LHC υποθέτουν
πως διασπώνται σχεδόν αμέσως μετά τη δημιουργία τους, ώστε να μην προλαβαίνουν
να απομακρυνθούν από το σημείο αλληλεπίδρασης. Ωστόσο, πολλές μη συμβατικές
υπερσυμμετρικές θεωρίες προβλέπουν σωματίδια με μεγάλο χρόνο ζωής. Αυτά τα
σωματίδια θα μπορούσαν να διανύσουν από μερικά μικρόμετρα μέχρι εκατοντάδες
χιλιόμετρα πριν διασπαστούν. Έρευνες που πραγματοποιούνται τόσο στα πειράματα
ATLAS όσο και στο CMS επιδιώκουν να εντοπίσουν τα ίχνη τέτοιων υπερσυμμετρικών
σωματιδίων με μεγάλο χρόνο ζωής.
The CMS experiment
is looking for exotic long-lived particles that could get trapped in its
detector layers (Image: Michael Hoch, Maximilien Brice/CERN)
Οι
ερευνητές του ATLAS και του CMS αναζητούν επίσης υπερσυμμετρικά σωματίδια που
όταν διασπώνται δίνουν τα γνωστά σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου χαμηλής
ενέργειας. «Είναι μια πολύ δύσκολη αναζήτηση, επειδή δεν μπορούμε να
χρησιμοποιήσουμε τις κλασικές τεχνικές που χρησιμοποιούμε για τις περισσότερες
από τις άλλες υπερσυμμετρικές αναζητήσεις», λέει ο Christian Herwig, postdoc
στο Fermi National Accelerator Laboratory που εργάζεται στο πείραμα CMS.
Ακόμα
και χωρίς υπερσυμμετρία, τα σωματίδια χαμηλής ενέργειας είναι άφθονα στους
ανιχνευτές, οπότε οι ερευνητές πρέπει να επινοήσουν έξυπνους τρόπους
διαχωρισμού αυτού του άσχετου υποβάθρου από τις αλληλεπιδράσεις που
αποδεικνύουν την υπερσυμμετρία.
Ο
καθηγητής του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ Σάββας Δημόπουλος μιλά στις
«Ανιχνεύσεις webtv» για τη Φυσική του
21ου αίώνα, το κβαντικό πεδίο, τη θεωρία χορδών, τη σκοτεινή ύλη και ενέργεια
και τα μικρά πειράματα της φυσικής τα οποία μπορεί να κάνει και η Ελλάδα.
Ένα
πλαίσιο που καθοδηγεί τις τρέχουσες αναζητήσεις υπερ-συντρόφων είναι η split
(διαχωρισμένη;) υπερσυμμετρία , την οποία πρότειναν ο Σάβας Δημόπουλος με
τον Nima Arkani-Hamed το 2004. Η υπερσυμμετρία split αντιστοιχεί ελαφρούς
υπερ-συντρόφους στα μισά από τα σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου και βαρείς
υπερ-συντρόφους στα υπόλοιπα.
Η
split υπερσυμμετρία φαίνεται ως η πιο ελπιδοφόρα θεωρία παίρνοντας υπόψιν τα
μέχρι στιγμής δεδομένα. Σύμφωνα με τον Arkan-Hamed, «οι θεωρητικοί δεν είναι
παντρεμένοι με τις θεωρίες τους. Προσπαθούμε να ανακαλύψουμε την αλήθεια. Έτσι
συλλέγουμε ιδέες και τις εξερευνούμε για να δούμε τι συνεπάγονται και αφήνουμε
το πείραμα να αποφασίσει.»
Παρόλο
που η split υπερσυμμετρία προσφέρει έναν υποψήφιο σκοτεινής ύλης και ενοποιεί
τις θεμελιώδεις δυνάμεις σε υψηλές ενέργειες, δεν αντιμετωπίζει την σταθερότητα
του μποζονίου Higgs, αφήνοντας ορισμένους θεωρητικούς με αμφιβολίες. «Η πρώτη
μου προτεραιότητα είναι η επίλυση του προβλήματος του Higgs και δεν βλέπω την
split υπερσυμμετρία να λύνει το πρόβλημα», λέει ο Peskin. Αντιμέτωπος με την
έλλειψη πειραματικών στοιχείων για την υπερσυμμετρία, διερευνά τώρα
εναλλακτικές ερμηνείες για τις ιδιότητες του μποζονιού Higgs. Ακριβώς όπως τα
πρωτόνια αποτελούνται από κουάρκ και γλουόνια, ο Peskin υποψιάζεται ότι το
μποζόνιο Higgs μπορεί να έχει μια κρυφή υπο-δομή.
Το
έπος της υπερσυμμετρίας «πρέπει να ληφθεί ως προειδοποίηση», λέει ο Gates.
«Δυστυχώς, αυτό είναι ένα παράδειγμα όπου η κοινότητα της σωματιδιακής φυσικής
ξεπέρασε τα όριά της. Πρέπει να είμαστε πάντα εξαιρετικά προσεκτικοί και να
αντλούμε τα στοιχεία μας από την φύση.»
Η
αναζήτηση συνεχίζεται
New studies from
the ATLAS collaboration search for hypothetical “supersymmetric” particles
around uncharted corners. The ATLAS detector (Image: CERN)
Καθώς
αρκετοί σωματιδιακοί φυσικοί έχουν απομακρυνθεί από την υπερσυμμετρία, πολλοί
πειραματιστές παραμένουν αισιόδοξοι. «Τώρα κάνουμε έρευνες με τον ανιχνευτή μας
που ποτέ δεν είχαμε σκεφτεί ότι θα ήταν δυνατές όταν τον κατασκευάζαμε», λέει ο
Herwig. «Κάνοντας αυτά τα πράγματα ανοίγονται εντελώς νέες δυνατότητες και
στρατηγικές ανάλυσης που προσπαθούμε να εφαρμόσουμε για τα επόμενα χρόνια της
συλλογής δεδομένων».
Η
αναβάθμιση που έγινε στον LHC, γνωστή ως High Luminosity LHC, θα επιτρέψει
στους πειραματικούς να εξερευνήσουν περιοχές του υπερσυμμετρικού τοπίου που δεν
έχουν απορριφθεί. Σε μελλοντικούς επιταχυντές που θα επιτυγχάνουν ακόμη
υψηλότερες ενέργειες θα μπορούσαν να εμφανιστούν και τα υπερσυμμετρικά
σωματίδια. Αλλά αντί να εμπνέονται από την αναζήτηση υπερσυμμετρίας, «ένας
λόγος για την κατασκευή των επόμενων επιταχυντών είναι η μελέτη του μποζονίου
Higgs μέχρι θανάτου», λέει ο Arkani-Hamed.
Ο
Peskin συμφωνεί ότι το ‘ξεψάχνισμα’ του Higgs είναι ζωτικής σημασίας για την
κατανόηση της φυσικής πέρα από το καθιερωμένο Πρότυπο. «Σχεδόν κάθε θεωρία του
μποζονίου Higgs είναι συνεπής με τα τρέχοντα δεδομένα», και έτσι κανένα από
αυτά δεν μπορεί να αποκλειστεί. Στην πραγματικότητα δεν γνωρίζουμε τίποτα γι
‘αυτό.»
Σύμφωνα
με τον Gates, θα μπορούσαν να περάσουν δεκαετίες μέχρι οι φυσικοί να μάθουν την
αλήθεια για την υπερσυμμετρία. Εάν υπάρχουν υπερσυμμετρικά σωματίδια, ο Gates
λέει ότι θα μπορούσε να περάσει ένας αιώνα πριν από την ανακάλυψή τους. Αλλά
«ξέρουμε πώς να είμαστε υπομονετικοί ως κοινότητα», λέει ο Herwig.
Για
τα νετρίνα, η πορεία από τη θεωρητική πρόβλεψη μέχρι την πειραματική τους
ανίχνευση χρειάστηκαν 25 χρόνια. Για το μποζόνιο Higgs χρειάστηκε μισός αιώνας.
Και για τα βαρυτικά κύματα, χρειάστηκαν 100 ολόκληρα χρόνια.
Η
υπερσυμμετρία παρότι δεν λύνει όλα τα προβλήματα που ήλπιζαν οι φυσικοί, ίσως
μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα την φύση. Είτε η υπερσυμμετρία είναι η
απάντηση είτε όχι, ο μόνος τρόπος για να το ανακαλύψουμε είναι να συνεχίσουμε
την πειραματική κυρίως διερεύνηση.
Οι
ερευνητές του Πανεπιστημίου Princeton
θεωρούν ότι βρίσκονται κοντά στην ανακάλυψη ενός νέου σωματιδίου στον κβαντικό
κόσμο. A team led by Princeton physicists discovered a surprising quantum phenomenon
in an atomically thin insulator made of tungsten ditelluride. The results
suggest the formation of completely new types of quantum phases previously
hidden in insulators. Image designed by Kai Fu for the Wu Lab, Princeton
University
O
κόσμος των σωματιδίων μπορεί να είναι συναρπαστικός εκτός από δύσκολα
προσεγγίσιμος, όπως φαίνεται από τις τελευταίες εξελίξεις. Οι ερευνητές του
Πανεπιστημίου Princeton θεωρούν ότι βρίσκονται κοντά στην ανακάλυψη ενός νέου
σωματιδίου στον κβαντικό κόσμο.
Η
προσεκτική παρατήρηση των επιστημόνων
του Princeton εστίασε στην εμφάνιση ιδιοτήτων που είχαν μέχρι τώρα
παρατηρηθεί σε μέταλλα και σε άλλα υλικά, κάτι που έφερνε νέες προκλήσεις για
την παρατήρηση του κόσμου της σωματιδιακής Φυσικής. To νέο
σωματίδιο οι επιστήμονες το ονόμασαν ουδέτερο φερμιόνιο, ή αγγλιστί neutral
fermion.
Όλα
γίνονται με την παρατήρηση του πώς επιτρέπει ένα υλικό να περάσει ο ηλεκτρισμός
από μέσα του. Τα μέταλλα είναι καλοί
αγωγοί του ηλεκτρισμού, ενώ άλλα υλικά είναι κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού.
Αυτό σημαίνει ότι στην πρώτη περίπτωση έχουμε ταχεία κίνηση των ηλεκτρονίων.
Από την άλλη πλευρά, ακόμα και τα μέταλλα, όταν επηρεαστούν από ένα ισχυρό
μαγνητικό πεδίο ενδέχεται να γίνουν κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού, ένα φαινόμενο
που ονομάζεται κβαντικός παλμός.
In a surprising discovery, Princeton physicists have observed an
unexpected quantum behavior in an insulator made from a material called
tungsten ditelluride. This phenomenon, known as quantum oscillation, is
typically observed in metals rather than insulators, and its discovery offers
new insights into our understanding of the quantum world. The findings also
hint at the existence of an entirely new type of quantum particle. The research
was done under the supervision of Prof. Sanfeng Wu (second from left), seen
here in January 2020 with members of his lab, including the two co-first-authors:
graduate student Guo Yu (left) and postdoctoral research associate Pengjie Wang
(right). Other Princeton co-authors include graduate students Yanyu Jia
(center) and Michael Onyszczak (second from right). Photo by Rick Soden
Οι
ερευνητές πειραματιζόμενοι με ένα τύπο βολφραμίου, μπόρεσαν για πρώτη φορά να
παρατηρήσουν μία παρόμοια συμπεριφορά σε έναν κακό αγωγό του ηλεκτρισμού, με
αλλαγή κατάστασης σε κβαντικό επίπεδο που τους οδήγησε στο συμπέρασμα ότι
βρίσκονται ενώπιον μίας εξαιρετικής ανακάλυψης, εκείνης ενός νέου σωματιδίου, ή
εάν προτιμάτε μίας νέας κβαντικής κατάστασης της ύλης.
Είναι
προφανές ότι πολλές μελέτες πρέπει να γίνουν πάνω σε αυτό, αλλά το σίγουρο
είναι ότι ο μικρόκοσμος της ύλης είναι γεμάτος… καταστασιακές εκπλήξεις!
Ερευνητής
του Πανεπιστημίου Στάνφορντ των ΗΠΑ δημιούργησε ένα έξυπνο σύστημα που βγάζει
συμπεράσματα για τον πολιτικό προσανατολισμό ενός ανθρώπου. A team
of researchers at Stanford University has developed an AI algorithm that proved
to be slightly over 70% accurate at guessing a person's political affiliation
after studying a single photograph. Hans Holbein the Younger, The Ambassadors, 1533.
Ένα
«έξυπνο» σύστημα που βγάζει συμπεράσματα για τον πολιτικό προσανατολισμό ενός
ανθρώπου, απλώς αναλύοντας φωτογραφίες του προσώπου του, δημιούργησε ένας
ερευνητής του Πανεπιστημίου Στάνφορντ των ΗΠΑ.
The Stanford research
who made headlines in 2017 for designing an AI that uses 'facial landmarks' to
determine a person's sexual preference (pictured) is back with what may be
another controversial system.
Ο
δρ Μιχάλ Κοζίνσκι, ο οποίος έκανε τη σχετική δημοσίευση στο «Nature», σύμφωνα
με τη βρετανική «Ντέιλι Μέιλ», είχε το 2017 παρουσιάσει έναν άλλο επίμαχο
αλγόριθμο αναγνώρισης προσώπου, ο οποίος -υποτίθεται ότι- προσδιόριζε, πάλι
μόνο από φωτογραφίες, τον σεξουαλικό προσανατολισμό κάποιου. Το νέο σύστημα
ουσιαστικά αποτελεί προέκταση του προηγούμενου αλγόριθμου στο πεδίο των
πολιτικών πεποιθήσεων.
Procedure used to
predict political orientation from facial images. The technology was trained
with more than a million images from dating websites and Facebook and
programmed to focus in on expressions and posture. The machine learning system
crops and resizes the face, as to reduce capturing non-facial features. Credit:
Scientific Reports (2021). DOI: 10.1038/s41598-020-79310-1
Ο
νέος αλγόριθμος μηχανικής μάθησης «εκπαιδεύθηκε» αναλύοντας πάνω από ένα
εκατομμύριο φωτογραφίες, από το Facebook και άλλες ιστοσελίδες, ανθρώπων με
γνωστές πολιτικές πεποιθήσεις, μαθαίνοντας έτσι να συσχετίζει τις εκφράσεις του
προσώπου (έκφραση συναισθημάτων κ.α.) και άλλα χαρακτηριστικά (π.χ. την κλίση
του κεφαλιού) με τις πολιτικές προτιμήσεις καθενός. Ένα από τα συμπεράσματα του
Κοζίνσκι είναι ότι οι προοδευτικοί τείνουν περισσότερο να κοιτάζουν κατάματα
την κάμερα, ενώ οι συντηρητικοί έχουν συχνότερα ένα ύφος αηδίας.
Ο Κοζίνσκι ισχυρίζεται ότι το σύστημα του μπορεί να «διαβάσει» -με μία μόνο φωτογραφία- τον πολιτικό προσανατολισμό με ακρίβεια 70% έως 72%%, δηλαδή «πέφτει μέσα» επτά στις δέκα φορές, αρκετά καλύτερα από μια αξιολόγηση στην τύχη (πιθανότητα 50% ή πέντε στις δέκα φορές). Σύμφωνα με τον ίδιο, ο μέσος άνθρωπος είναι σωστός περίπου σε ποσοστό 55%, όταν καλείται να κρίνει οπτικά πώς τοποθετείται κάποιος στην πολιτική. Τα αντίστοιχα ποσοστά για την «με το μάτι» αναγνώριση του σεξουαλικού προσανατολισμού είναι 76% (τεχνητή νοημοσύνη) έναντι 56% (άνθρωπος).
«Οι άνθρωποι μπορεί να παραβλέπουν ή να παρερμηνεύουν κάποιες ενδείξεις, αλλά αυτή η χαμηλή ακρίβεια τους δεν αντιπροσωπεύει κατ’ ανάγκη το όριο του τι μπορούν να πετύχουν οι αλγόριθμοι», σύμφωνα με τον Κοζίνσκι.
Μία
διεθνής ομάδα αστρονόμων ανακάλυψε το πιο μακρινό και άρα πιο πρώιμο κβάζαρ
(λαμπρό ενεργό γαλαξιακό πυρήνα) στο σύμπαν, σε απόσταση 13,03 δισεκατομμυρίων
ετών φωτός από τη Γη, μόνο 670 εκατομμύρια χρόνια μετά τη «Μεγάλη Έκρηξη»
(Μπιγκ Μπανγκ), όταν το σύμπαν είχε μόλις το 5% της σημερινής ηλικίας του. Μια
καλλιτεχνική απεικόνιση του quasar J0313-1806. A team of astronomers led by the
University of Arizona has observed a luminous quasar 13.03 billion light-years
from Earth—the most distant quasar discovered to date. Dating back to 670 million
years after the Big Bang, when the universe was only 5% its current age, the
quasar hosts a supermassive black hole equivalent to the combined mass of 1.6
billion suns. Credit: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva
Το
κβάζαρ, που βρίσκεται στον γαλαξία J0313-1803 και είναι τουλάχιστον 1.000 φορές
πιο λαμπρό από όλον τον δικό μας γαλαξία, φιλοξενεί και τροφοδοτείται
ενεργειακά από μία τεράστια μαύρη τρύπα, ισοδύναμη με τη μάζα άνω των 1,6
δισεκατομμυρίων ήλιων, η οποία είναι η πιο πρώιμη αυτού του μεγέθους που έχει
βρεθεί μέχρι σήμερα. Το απρόσμενα μεγάλο μέγεθός της για τόσο πρώιμη μαύρη
τρύπα εξέπληξε τους επιστήμονες, οι οποίοι δυσκολεύονται να εξηγήσουν την
ύπαρξή της σε μία τόσο νεαρή φάση του σύμπαντος, καθώς θεωρητικά δεν υπήρχε
αρκετός χρόνος για να γίνει τόσο μεγάλη, π.χ. μέσω συγχώνευσης μικρότερων
μελανών οπών.
Οι
ερευνητές, με επικεφαλής τον κινεζικής καταγωγής Φάιγκε Γουάνγκ του
Αστεροσκοπείου Στιούαρντ του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, έκαναν τη σχετική
δημοσίευση στο περιοδικό Αστροφυσικής «Astrophysical Journal Letters», καθώς
και σχετική παρουσίαση σε συνέδριο της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας. Ο
προηγούμενος κάτοχος του ρεκόρ μακρινότερου κβάζαρ είχε ανακαλυφθεί πριν τρία
χρόνια και ήταν 20 εκατομμύρια έτη φωτός πιο κοντά στη Γη και είχε μόνο τη μισή
μάζα.
An international
team of astronomers have discovered the most distant quasar in the Universe,
fully formed around 670 million years after the Big Bang. Credit:
NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva
Η
υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στο κέντρο του νέου κβάζαρ υπολογίστηκε ότι «καταπίνει»
κάθε χρόνο μία μάζα ισοδύναμη με 25 ήλιους. Αντίθετα, η μαύρη τρύπα στο κέντρο
του δικού μας γαλαξία βρίσκεται σχεδόν σε ύπνωση. Η ενέργεια που απελευθερώνεται
από το κβάζαρ τροφοδοτεί ένα ισχυρό ρεύμα ιονισμένου αερίου που εκτινάσσεται με
ταχύτητα περίπου του ενός πέμπτου της ταχύτητας του φωτός.
Τα
κβάζαρ πιστεύεται ότι προκύπτουν από τεράστιες μαύρες τρύπες που καταβροχθίζουν
την πέριξ ύλη, όπως αέρα ή και ολόκληρα άστρα, δημιουργώντας έτσι έναν
περιστρεφόμενο δίσκο καυτών υλικών γύρω από τη μαύρη τρύπα. Λόγω της τεράστιας
παραγόμενης ενέργειας, τα κβάζαρ, που παρομοιάζονται με πυρσούς κοσμικών
διαστάσεων, είναι ανάμεσα στις πιο φωτεινές πηγές στο σύμπαν, συχνά ξεπερνώντας
σε λάμψη και τους ίδιους τους γαλαξίες τους. Όταν οι μαύρες τρύπες των κβάζαρ
δεν έχουν τίποτε άλλο πια να «φάνε» στον γαλαξία τους, σταματούν να μεγαλώνουν.
This is CosmoView
Episode 17 for press release noirlab2102: The Earliest Supermassive Black Hole
and Quasar in the Universe. Credit: Images and Videos: NOIRLab/NSF/AURA/J. da
Silva, ESO/M.Kornmesser, CTIO/D. Munizaga, International Gemini
Observatory/Kwon O Chul. Music:
Stellardrone - Comet Halley
Οι
αστρονόμοι σχεδιάζουν να συνεχίσουν τη μελέτη του συγκεκριμένου κβάζαρ με
επίγεια και διαστημικά τηλεσκόπια. Το νέο μεγάλο διαστημικό τηλεσκόπιο James
Webb της NASA, το οποίο προγραμματίζεται για εκτόξευση φέτος, αναμένεται,
μεταξύ άλλων, να ρίξει περισσότερο φως γενικότερα στα μυστικά των κβάζαρ.