Αστρονόμοι υπολόγισαν το βάθος της μεγαλύτερης θάλασσας του Τιτάνα. Titan’s Largest Methane Sea is Over 100 Meters Deep

Η Kraken Mare, μια θάλασσα υγρού μεθανίου, κρύβεται βαθιά κάτω από τα νέφη του Τιτάνα, του μεγαλύτερου δορυφόρου του Κρόνου- και αστρονόμοι του Cornell University έχουν υπολογίσει ότι η θάλασσα αυτή έχει βάθος τουλάχιστον 300 μέτρα κοντά στο κέντρο της. Το βάθος αυτό θεωρείται επαρκές για εξερεύνηση από ένα ρομποτικό υποβρύχιο. Far below the gaseous atmospheric shroud on Saturn's largest moon, Titan, lies Kraken Mare, a sea of liquid methane. Astronomers have estimated that sea to be at least 1,000-feet deep near its center - enough room for a potential robotic submarine to explore. An artistic rendering of Kraken Mare, a large liquid methane sea on Titan. Image credit: NASA’s John Glenn Research Center.

Οι επιστήμονες παρουσίασαν τα ευρήματά τους σε επιστημονικό άρθρο με τίτλο «The Bathymetry of Moray Sinus at Titan's Kraken Mare», που δημοσιεύτηκε στο Journal of Geophysical Research. «Το βάθος και η σύνθεση της καθεμιάς από τις θάλασσες του Τιτάνα και είχαν ήδη μετρηθεί, εκτός από τη μεγαλύτερή του, την Kraken Mare- που δεν έχει απλά υπέροχο όνομα, μα περιέχει επίσης το 80% των υγρών της επιφανείας του φεγγαριού» είπε ο επικεφαλής συντάκτης, Βαλέριο Πογκιάλι. Ο Τιτάνας κρύβεται πίσω από «χρυσά» νέφη αζώτου σε αέρια μορφή, μα κάτω από αυτά το τοπίο θυμίζει αυτό της Γης, με ποτάμια υγρού μεθανίου, λίμνες και θάλασσες, σύμφωνα με τη NASA. Τα δεδομένα για αυτή την ανακάλυψη είχαν συγκεντρωθεί κατά το πέρασμα T104 του διαστημοπλοίου Cassini στις 21 Αυγούστου 2014. Το ραντάρ του σκάφους εξέτασε τη Ligeia Mare- μια μικρότερη θάλασσα στον βόρειο πόλο του φεγγαριού- για να αναζητήσει το μυστηριωδώς εμφανιζόμενο και εξαφανιζόμενο «Μαγικό Νησί», που ήταν μια προηγούμενη ανακάλυψη του Cassini.

Ενώ το σκάφος πετούσε στα 21.000 χλμ/ ώρα, στα 965 χλμ πάνω από την επιφάνεια του Τιτάνα, το σκάφος χρησιμοποίησε το ραντάρ υψομέτρου του για να μετρήσει το βάθος του υγρού στο Kraken Mare και στο Moray Sinus, έναν κολπίσκο στο βόρειο άκρο της θάλασσας. Οι επιστήμονες του Cornell, μαζί με μηχανικούς του JPL της NASA, είχαν βρει πώς να υπολογίζουν το βάθος θαλασσών και λιμνών εξετάζοντας τους χρόνους επιστροφής από την επιφάνεια και τον πυθμένα, καθώς και τη σύνθεση της θάλασσας αναγνωρίζοντας την ποσότητα ενέργειας ραντάρ που απορροφάται κατά τη διέλευση μέσα από το υγρό.

Kraken Mare, a sea of liquid methane on Saturn’s moon Titan, is at least 100-m (330 feet) deep near its center, according to an analysis of data collected by the RADAR altimeter onboard NASA’s Cassini spacecraft on August 21, 2014. This image of Titan, taken by Cassini spacecraft, reveals differences in the composition of surface materials around hydrocarbon lakes and seas on this largest moon of Saturn. Image credit: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona / University of Idaho.

Όπως διαπιστώθηκε, το Moray Sinus έχει βάθος περίπου 85 μέτρων, πιο ρηχά από τα βάθη του κέντρου της Kraken Mare, που ήταν πολύ βαθιά για να γίνει μέτρηση με ραντάρ. Στη σύνθεση του υγρού, κυρίως μείγματος αιθανίου και μεθανίου, κυριαρχούσε το μεθάνιο, και ήταν παρόμοια στη σύνθεση της κοντινής Ligeia Mare, δεύτερης μεγαλύτερης θάλασσας του Τιτάνα.

Η αδυναμία εντοπισμού του πυθμένα στο κύριο «σώμα» της θάλασσας, όπως γράφει το New Atlas, μπορεί να σημαίνει δύο πράγματα: Είτε το υγρό είχε άλλη σύνθεση (οπότε απορροφούσε περισσότερα κύματα ραντάρ) είτε ήταν πολύ βαθύτερη. Εφόσον το υγρό μάλλον δεν διαφέρει και πολύ μεταξύ του κολπίσκου και της υπόλοιπης θάλασσας, οι επιστήμονες εκτίμησαν ότι η Kraken Mare έχει βάθος τουλάχιστον 100 μέτρα και μπορεί να φτάνει στα 300 στα βαθύτερα τμήματα.

Επιστήμονες είχαν προηγουμένως υπολογίσει ότι η Kraken μπορεί να είναι πιο πλούσια σε μεθάνιο, κυρίως λόγω του μεγέθους της και του ότι εκτείνεται στα χαμηλότερα υψόμετρα του φεγγαριού. Η παρατήρηση πως το υγρό μεθάνιο δεν διαφέρει ιδιαίτερα από ό,τι σε άλλες θάλασσες αποτελεί σημαντική ανακάλυψη. Αξίζει να σημειωθεί πως ο Τιτάνας αποτελεί ένα περιβάλλον που θα μπορούσε να αποτελεί «μοντέλο» της πιθανής ατμόσφαιρας της πρώιμης Γης.

Πηγές: V. Poggiali, A. G. Hayes, M. Mastrogiuseppe, A. Le Gall, D. Lalich, I. Gómez‐Leal, J. I. Lunine. The Bathymetry of Moray Sinus at Titan's Kraken Mare. Journal of Geophysical Research: Planets, 2020; 125 (12) DOI: 10.1029/2020JE006558 - http://www.sci-news.com/space/kraken-mare-titan-09275.html - https://www.naftemporiki.gr/story/1683996/astronomoi-upologisan-to-bathos-tis-megaluteris-thalassas-tou-titana

 

 

 

SLABs: Οι ‘Καταπληκτικά Τεράστιες Μαύρες Τρύπες’. Scientists find black holes could reach ‘stupendously large’ sizes

Εικόνα υπερμεγέθους μαύρης τρύπας (Supermassive Black Holes=SMBH) όπως προέκυψε από προσομοίωση υπολογιστή. Η μαύρη περιοχή στο κέντρο παριστάνει τον ορίζοντα των γεγονότων της μαύρης τρύπας. Εκτός από τις SMBHs ίσως υπάρχουν και οι Καταπληκτικά Τεράστιες Μαύρες Τρύπες (SLABs). A recent study suggests the possible existence of ‘stupendously large black holes’ or SLABS, even larger than the supermassive black holes already observed in the centres of galaxies. This computer-simulated image shows a supermassive black hole at the core of a galaxy. The black region in the center represents the black hole’s event horizon, where no light can escape the massive object’s gravitational grip. The black hole’s powerful gravity distorts space around it like a funhouse mirror. Light from background stars is stretched and smeared as the stars skim by the black hole. Credits: NASA, ESA, and D. Coe, J. Anderson, and R. van der Marel (STScI)

Καταφατική είναι η απάντηση που δίνει μια πρόσφατη μελέτη όσον αφορά την ύπαρξη των SLABs, των εκπληκτικά τεράστιων μαύρων τρυπών και πολύ μεγαλύτερων από αυτές που ήδη έχουν παρατηρηθεί στα κέντρα των γαλαξιών. Η δημοσίευση της εργασίας των Carr et al έγινε στο περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomy Society με τίτλο «Constraints on stupendously large black holes» και αναφέρεται σε μαύρες τρύπες με μάζες M≳10¹¹M_⊙ (M_⊙ = η μάζα του Ήλιου), όπου διερευνάται πως μπορούν να σχηματιστούν οι SLABs και ποια είναι τα πιθανά όρια στο μέγεθός τους.

Ενώ έχουμε ενδείξεις για την ύπαρξη υπερμεγέθων μαύρων τρυπών (Supermassive Black Holes=SMBH) σε γαλαξιακούς πυρήνες – με μάζες από ένα εκατομμύριο έως δέκα δισεκατομμύρια φορές την μάζα του Ήλιου –, παλαιότερες έρευνες πρότειναν ένα ανώτερο όριο στο μέγεθός τους, το οποίο προέκυπτε από τις τρέχουσες θεωρίες σχηματισμού και εξέλιξης τέτοιων μαύρων τρυπών. Η ύπαρξη ακόμα μεγαλύτερων μαύρων τρυπών, των SLABs, θα έχει κοσμολογικές συνέπειες και θα αλλάξει την εικόνα που έχουμε για το αρχέγονο σύμπαν.

Οι γνωστές τεράστιες τρύπες θεωρείται πως σχηματίζονται στον πυρήνα ενός γαλαξία-ξενιστή και το μέγεθός τους αυξάνεται καθώς καταπίνουν άστρα και αέρια από το περιβάλλον τους ή συγχωνεύονται με άλλες μαύρες τρύπες. Σ’ αυτές τις περιπτώσεις υπάρχει ένα ανώτερο όριο μάζας, λίγο μεγαλύτερο από δέκα δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες.

Οι Carr et al προτείνουν μια διαφορετική δυνατότητα σχηματισμού των μαύρων τρυπών (SMBHs) που θα μπορούσε να ξεπεράσει αυτό το όριο. Υποστηρίζουν ότι τέτοιες SLABs θα μπορούσαν να είναι «αρχέγονες», να σχηματίζονται στο πρώιμο σύμπαν, και πολύ πριν τον σχηματισμό των γαλαξιών.

Καθώς οι «αρχέγονες» μαύρες τρύπες δεν δημιουργούνται από την βαρυτική κατάρρευση ενός άστρου, θα μπορούσαν να έχουν ένα μεγάλο εύρος μαζών, από πολύ μικρές έως εκπληκτικά μεγάλες.

An artist's impression of the supermassive black hole at the center of a galaxy. Scientists suspect some monster black holes could grow to truly 'stupendous' sizes. (Image: © ESO/L. Calçada)

Σύμφωνα με τον καθηγητή Bernard Carr: Γνωρίζουμε ήδη ότι υπάρχουν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες (SMBHs) σε ένα ευρύ φάσμα μαζών, με μια SMBH τεσσάρων εκατομμυρίων ηλιακών μαζών να βρίσκεται στο κέντρο του δικού μας γαλαξία. Ενώ δεν υπάρχουν προς το παρόν ενδείξεις για την ύπαρξη SLABs, είναι πιθανό ότι θα μπορούσαν να υπάρχουν και θα μπορούσαν επίσης να βρίσκονται εκτός γαλαξιών στον διαγαλαξιακό χώρο, με ενδιαφέρουσες παρατηρησιακές συνέπειες. Ωστόσο, εκπλήσσει το γεγονός ότι η ιδέα των SLABs έχει αγνοηθεί μέχρι σήμερα. Έχουμε προτείνει τρόπους σχηματισμού των SLABs και ελπίζουμε πως η δουλειά μας θα ενθαρρύνει συζητήσεις μεταξύ της κοινότητας.

Η ιδέα των αρχέγονων μαύρων τρυπών ξεκίνησε στις αρχές της δεκαετίας του 1970, όταν οι  Carr και Hawking πρότειναν ότι οι διακυμάνσεις πυκνότητας στις πρώτες στιγμές του σύμπαντος θα μπορούσαν να έχουν ως αποτέλεσμα την κατάρρευση κάποιων περιοχών προς μαύρες τρύπες.

Αν υπάρχουν οι «Καταπληκτικά Τεράστιες Μαύρες Τρύπες» τότε θα σχηματίστηκαν στο πρώιμο σύμπαν. Εφόσον είναι δυνατός ο σχηματισμός τους, τότε μπορούμε να συμπεράνουμε ότι θα μπορούσαν να σχηματιστούν και μικρότερες αρχέγονες μαύρες τρύπες. Κι αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει άλλο ένα μυστήριο του σύμπαντός μας, την σκοτεινή ύλη.

Πηγές: ‘Constraints on stupendously large black holes’ Bernard Carr, Florian Kühnel, Luca Visinelli Monthly Notices of the Royal Astronomical 501, 2029-2043 (2021)  arXiv: 2008.08077. - https://www.qmul.ac.uk/media/news/2021/se/scientists-find-black-holes-could-reach-stupendously-large-sizes.html - https://physicsgg.me/2021/01/22/

 

 

Κ. Π. Καβάφης, «Απιστία». C.P. Cavafy, “Unfaithfulness”

Cornelis van Haarlem (1562–1638), The Wedding of Peleus and Thetis (1593), oil on canvas, 246 x 419 cm, Frans Hals Museum, Haarlem, The Netherlands. Wikimedia Commons.

Πολλά ἂρα Ὁμήρου ἐπαινοῦντες, ἀλλά τοῦτο οὐκ ἐπαινεσόμεθα…

οὐδὲ Aἰσχύλου, ὅταν φῇ ἡ Θέτις τὸν Ἀπόλλω ἐν τοῖς αὑτῆς γάμοις ἂδοντα

ἐνδατεῖσθαι τὰς ἑὰς εὐπαιδίας,

νόσων τ’ ἀπείρους καὶ μακραίωνας βίους.

Ξύμπαντά τ’ εἰπὼν θεοφιλεῖς ἐμὰς τύχας

παιῶν’ ἐπευφήμησεν, εὐθυμῶν ἐμέ.

Κἀγὼ τὸ Φοίβου θεῖον ἀψευδὲς στόμα

ἢλπιζον εἶναι, μαντικῇ βρύον τέχνῃ:

Ὁ δ’, αὐτὸς ὑμνῶν, ...............................

............................αὐτὸς ἐστιν ὁ κτανὼν

τὸν παῖδα τὸν ἐμόν".

Πλάτων, Πολιτείας Β΄

 

Σαν πάντρευαν την Θέτιδα με τον Πηλέα

σηκώθηκε ο Απόλλων στο λαμπρό τραπέζι

του γάμου, και μακάρισε τους νεονύμφους

για τον βλαστό που θα ’βγαινε απ’ την ένωσί των.

Είπε· Ποτέ αυτόν αρρώστια δεν θ ’αγγίξει

και θα ’χει μακρινή ζωή. — Αυτά σαν είπε,

η Θέτις χάρηκε πολύ, γιατί τα λόγια

του Απόλλωνος που γνώριζε από προφητείες

την φάνηκαν εγγύησις για το παιδί της.

Κι όταν μεγάλωνεν ο Αχιλλεύς, και ήταν

της Θεσσαλίας έπαινος η εμορφιά του,

η Θέτις του θεού τα λόγια ενθυμούνταν.

Αλλά μια μέρα ήλθαν γέροι με ειδήσεις,

κι είπαν τον σκοτωμό του Αχιλλέως στην Τροία.

Κι η Θέτις ξέσχιζε τα πορφυρά της ρούχα,

κι έβγαζεν από πάνω της και ξεπετούσε

στο χώμα τα βραχιόλια και τα δαχτυλίδια.

Και μες στον οδυρμό της τα παλιά θυμήθη·

και ρώτησε τί έκαμνε ο σοφός Απόλλων,

πού γύριζεν ο ποιητής που στα τραπέζια

έξοχα ομιλεί, πού γύριζε ο προφήτης

όταν τον υιό της σκότωναν στα πρώτα νιάτα.

Κι οι γέροι την απήντησαν πως ο Απόλλων

αυτός ο ίδιος εκατέβηκε στην Τροία,

και με τους Τρώας σκότωσε τον Αχιλλέα.

Henry Fuseli (1741–1825), Thetis Lamenting the Death of Achilles (1780), tempera on cardboard, 41.8 × 55.8 cm, The Art Institute of Chicago, Chicago, IL. Wikimedia Commons.

[1904]

Κ. Π. Καβάφης. [1991] 1995. Τα Ποιήματα. Τόμ. Α΄ (1897–1918). Επιμ. Γ. Π. Σαββίδης. 4η έκδ. Αθήνα: Ίκαρος.

 UNFAITHFULNESS

Joachim Wtewael (1566–1638), The Wedding of Peleus and Thetis (date not known), oil on copper, 36.5 x 42 cm, The Clark Art Institute, Williamstown, MA. Wikimedia Commons.

"So although we approve of many things in Homer, this we will

not approve of... nor will we approve of Aeschylus when he

makes Thetis say that Apollo sang at her wedding in

celebration of her child:

 

                that he would not know sickness, would live long,

                and that every blessing would be his;

                and he sang such praises that he rejoiced my heart.

                And I had hopes that the divine lips of Apollo,

                fluent with the art of prophecy, would not prove false.

                But he who proclaimed these things...

                                                               he it is

                who killed my son...”

Plato, Republic, II. 383

 

At the marriage of Thetis and Peleus

Apollo stood up during the sumptuous wedding feast

and blessed the bridal pair

for the son who would come from their union.

“Sickness will never visit him,” he said,

“and his life will be a long one.”

This pleased Thetis immensely:

the words of Apollo, expert in prophecies,

seemed to guarantee the security of her child.

And when Achilles grew up

and his beauty was the boast of Thessaly,

Thetis remembered the god’s words.

But one day elders arrived with the news

that Achilles had been killed at Troy.

Thetis tore her purple robes,

pulled off her rings, her bracelets,

and flung them to the ground.

And in her grief, recalling that wedding scene,

she asked what the wise Apollo was up to,

where was this poet who holds forth

so eloquently at banquets, where was this prophet

when they killed her son in his prime.

And the elders answered that Apollo himself

had gone down to Troy

and together with the Trojans had killed her son.

Thetis and the Nereids mourning Achilles, Corinthian black-figure hydria, c. 555 BC (Louvre, Paris).

Reprinted from C. P. CAVAFY: Collected Poems Revised Edition, translated by Edmund Keeley and Philip Sherrard, edited by George Savvidis. Translation copyright © 1975, 1992 by Edmund Keeley and Philip Sherrard. Princeton University Press.

 

Είναι εφικτή μια αποικία γύρω από τον πλανήτη-νάνο Δήμητρα; Humans could move to this floating asteroid belt colony in the next 15 years, astrophysicist says

Θα μπορούσαμε να χτίσουμε έναν «μεγα-δορυφόρο» (megasatellite) με ανθρώπινους οικισμούς γύρω από τον νάνο πλανήτη Δήμητρα (Ceres); Ίσως είναι πιο εφικτό από ό, τι ακούγεται. Should we build a 'megasatellite' of human habitats around the dwarf planet Ceres? It's more plausible than it sounds. This NASA illustration depicts an O'Neill Cylinder: a floating human habitat orbiting an alien planet. A new paper proposes building a mega-colony of them around the dwarf planet, Ceres. (Image: © Rick Guidice courtesy of NASA)

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. Image credit: 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.»

Πηγές: https://arxiv.org/abs/2011.07487 - https://www.livescience.com/megasatellite-colony-ceres-oneill-cylinder.html - https://www.skai.gr/news/technology/poso-efikti-apoikia-se-allo-planiti-oi-anthropoi-tha-metakomisoun-se-15-xronia

 

 

Κορωνοϊός: Προηγμένο μικροσκόπιο δίνει την πρώτη 3D απεικόνιση. The structure of the novel coronavirus SARS-CoV-2

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.

Πηγές: https://nanographics.at/projects/sars-cov-2/ - https://www.tovima.gr/2021/01/19/science/koronoios-proigmeno-mikroskopio-dinei-tin-proti-3d-apeikonisi/

 

 

Οι ακτίνες Χ από άστρα νετρονίων μπορεί να σημαίνουν αξιόνια. Excess x-rays from neutron stars could lead to discovery of new particle

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

Αυτό υποστηρίζουν οι Malte Buschmann et al στην δημοσίευσή τους με τίτλο: «Axion Emission Can Explain a New Hard X-Ray Excess from Nearby Isolated Neutron Stars».

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.

Πηγές: Malte Buschmann, Raymond T. Co, Christopher Dessert, Benjamin R. Safdi. Axion Emission Can Explain a New Hard X-Ray Excess from Nearby Isolated Neutron Stars. Physical Review Letters, 2021; 126 (2) DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.021102 - https://news.umich.edu/excess-x-rays-from-neutron-stars-could-lead-to-discovery-of-new-particle/ - https://cse.umn.edu/college/news/excess-x-rays-neutron-stars-could-lead-discovery-new-particle - https://physicsgg.me/2021/01/18/

 

 

Αναζητώντας την υπερσυμμετρία. The status of supersymmetry

Μήπως είδατε την 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. Illustration by Sandbox Studio, Chicago with Steve Shanabruch

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.

A Higgs boson decays in this collision recorded by the ATLAS detector on May 18, 2012. (Image: © ATLAS)

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. Media credits: 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 Michael Peskin, 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 Nima Arkani-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.

Η έλλειψη πειραματικών αποδεικτικών 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/ATLAS collaboration)

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 web tv» 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.

Πηγές: https://www.symmetrymagazine.org/article/the-status-of-supersymmetry - https://home.cern/tags/supersymmetry - https://physicsgg.me/2021/01/17/