Και τώρα...Κοσμολογία !

Μετά την Μεγάλη Έκρηξη - «Είναι ο πληθωρισμός το μεγαλύτερο μυστήριο της κοσμολογίας;» 

 Εικόνα Νο 1

Στις πρώτες στιγμές που ακολούθησαν μετά την Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang), το Σύμπαν ήταν σε θέση να επεκταθεί ακόμη και δισεκατομμύρια, και δισεκατομμύρια των δισεκατομμυρίων φορές πιο γρήγορα από ότι σήμερα. Μια τέτοια ταχεία διαστολή θα πρέπει να οφείλεται σε ένα πρωταρχικό πεδίο δύναμης, που ενεργεί με ένα νέο σωματίδιο: Το Πληθωριστικό σωματίδιο (inflaton)*. Από την τελευταία ανάλυση της αποσύνθεσης, της φυσικής παρακμής δηλαδή των Μεσονίων που διεξάγεται στο πείραμα LHCb από φυσικούς της Κρακοβίας και της Ζυρίχης φαίνεται πολύ πιθανό, αυτό το ¨ελαφρύ¨ Πληθωριστικό σωματίδιο (inflaton),  - ένα σωματίδιο με τα χαρακτηριστικά του γνωστού μποζονίου Χίγκς (Higgs particle) αλλά με λιγότερη μάζα -, είναι σχεδόν βέβαιο ότι  δεν υπάρχει.

Ωστόσο, οι φυσικοί πρέπει σιγά-σιγά να συνηθίσουν στην ιδέα ότι εάν υπάρχει το Πληθωριστικό σωματίδιο (inflaton), θα είναι ένα σωματίδιο με περισσότερη μάζα από ό, τι πιστεύεται ή ότι εμφανίζεται σε περισσότερες από μία παραλλαγές. Αν, όμως, με την πάροδο του χρόνου οι παραλλαγές αυτές αποδειχθεί ότι δεν ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα, ο πληθωρισμός, που εξηγεί τόσο καλά την παρατηρούμενη ομοιογένεια του Σύμπαντος, θα γίνει - κυριολεκτικά - το μεγαλύτερο μυστήριο της σύγχρονης κοσμολογίας.

Αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το Σύμπαν πιθανότατα πέρασε μια φάση πληθωρισμού, μια ακραία έκρηξη διαστολής. Εάν ο πληθωρισμός έχει συμβεί πραγματικά, θα πρέπει να υπάρχει ένα νέο δυναμικό πεδίο πίσω από αυτόν. Οι φορείς της δύναμης του πεδίου αυτού θα ήταν υποθετικά, τα μέχρι τώρα μη παρατηρήσιμα σωματίδια, τα Πληθωριστικά σωματίδια (inflaton), που θα έπρεπε να έχουν πολλά χαρακτηριστικά που θυμίζουν το διάσημο Μποζόνιο Χίγκς.

 Σχήμα 2

Οι φυσικοί από το Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής της Πολωνικής Ακαδημίας Επιστημών (IFJ PAN) στην Κρακοβία και το Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης (UZH) έψαχναν για ίχνη ελαφρών Πληθωριστικών σωματιδίων στην αποσύνθεση των Β +Μεσονίων που καταγράφηκαν από ανιχνευτές στο πείραμα LHCb στο CERN κοντά στη Γενεύη . Ωστόσο, η λεπτομερής ανάλυση των δεδομένων, που πραγματοποιείται με πόρους του Πολωνικού Εθνικού Κέντρου Επιστημών, θέτει ένα μεγάλο ερωτηματικό για την ύπαρξη ελαφρών Πληθωριστικών σωματιδίων (light  inflatons).

Παρά την ύπαρξη ασθενών αποτελεσμάτων, η βαρύτητα ¨αποφασίζει¨ για την εμφάνιση του Σύμπαντος στις μεγαλύτερες κλίμακες του. Κατά συνέπεια, όλα τα σύγχρονα κοσμολογικά μοντέλα έχουν τα θεμέλιά τους στην καλύτερη θεωρία που διαθέτουμε για την βαρύτητά : τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Παππού Αλβέρτου Αϊνστάιν. Ήδη τα πρώτα κοσμολογικά μοντέλα που κατασκευάστηκαν στα πρότυπα της θεωρίας της σχετικότητας, πρότειναν ότι το Σύμπαν ήταν μια δυναμική δημιουργία. Σήμερα γνωρίζουμε ότι ήταν εξαιρετικά πυκνό και καυτό, και πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια ξαφνικά άρχισε να διαστέλλεται. Η θεωρία της σχετικότητας επιτρέπει προβλέψεις της πορείας αυτής της διαδικασίας ξεκινώντας από κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

«Ένας από τους πρώτους επιζώντες αυτών των γεγονότων που είναι ορατοί μέχρι σήμερα είναι η Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου (ΜΑΥ η στα Αγγλικά MBR)  που σχηματίστηκε μερικές εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη, και αντιστοιχεί σήμερα σε μια θερμοκρασία περίπου 2,7 βαθμούς Κέλβιν, που γεμίζει ομοιόμορφα ολόκληρο το Σύμπαν. Είναι η Ομοιογένεια που έχει αποδειχθεί ένα μεγάλο αίνιγμα », λέει ο Δρ. Marcin Chrzaszcz (IFJ PAN) και εξηγεί:« Όταν κοιτάξουμε τον ουρανό, τα τμήματα του βαθέως διαστήματος  που είναι ορατά σε μια κατεύθυνση μπορεί να είναι πολύ πιο απομακρυσμένα από εκείνα που είναι ορατά σε μια άλλη κατεύθυνση, έτσι που το φως δεν έχει ακόμα τον απαιτούμενο χρόνο για να διαβεί μεταξύ τους. Έτσι τίποτα που να έχει συμβεί σε μια από αυτές τις περιοχές δεν θα πρέπει να έχει επηρεάσει την άλλη. Αλλά όπου και αν κοιτάμε, η θερμοκρασία των απομακρυσμένων περιοχών του Σύμπαντος είναι σχεδόν ταυτόσημη! Πώς θα μπορούσε να έγινε τόσο ομοιόμορφη ; "

Σχετικά βίντεο: 


1)  O Δρ.Δημοσθένης Καζανάς, Αστροφυσικός στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Γκόνταρντ της NASA, αντεπιστέλλον μέλος της Ακαδημίας Αθηνών, στην ομιλία του με τίτλο «Αλλαγές φάσεων στο πρωταρχικό Σύμπαν» στο 2ο Συμπόσιο των 7 Σοφών της Κοσμολογίας, στο ξενοδοχείο Hilton (Αθήνα, 2 / 10 / 2015). Ένας από του πρώτους διδάξαντες την ιδέα της υπερταχείας διαστολής του σύμπαντος, ο ερευνητής της ΝΑSA, Δημοσθένης Καζανάς παρουσίασε μια γενική επισκόπηση της θεωρίας που ονομάζουμε »πληθωριστική διαστολή». Περιέγραψε με ακρίβεια τις φυσικές συνέπειες της θεωρίας και τις συγκεκριμένες με τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων. 

Δείτε τη διάλεξη του Δρ. Δημοσθένη Καζανά με τίλο : ¨Αλλαγές Φάσεων στο Πρωταρχικό Σύμπαν¨ ΕΔΩ 

 2) Συνέντευξη του Αμερικανού θεωρητικού φυσικού και Κοσμολόγου  Alan Guth με τίτλο: Γιατί το Πληθωριστικό Σύμπαν είναι τόσο καταπληκτικό ;

Η ομοιομορφία της Μικροκυματικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου (microwave background radiation) εξηγείται από τον μηχανισμό που πρότεινε ο Αμερικανός θεωρητικός φυσικός και Κοσμολόγος Alan Guth το 1981. Στο μοντέλο του, το Σύμπαν αρχικά επεκτάθηκε αργά και όλα τα, τρόπον τινά,  κομμάτια του που παρατηρηρούμε σήμερα είχαν χρόνο να αλληλεπιδράσουν και να εξισορροπήσουν τη θερμοκρασία. Σύμφωνα με τον Guth, σε κάποιο σημείο, ωστόσο, πρέπει να υπήρξε μια πολύ σύντομη αλλά εξαιρετικά γρήγορη επέκταση του χωροχρόνου. Το νέο δυναμικό πεδίο που είναι υπεύθυνο για αυτόν τον πληθωρισμό επέκτεινε το Σύμπαν σε τέτοιο βαθμό που σήμερα παρουσιάζει αξιοσημείωτη ομοιομορφία (όσον αφορά τη θερμοκρασία της ΚοσμικήςΑκτινοβολίας Υποβάθρου ή KAY- Cosmological Microwave Background ή CMB)          

«Ένα νέο πεδίο σημαίνει πάντοτε την ύπαρξη ενός σωματιδίου που είναι ο φορέας της επίδρασης του πεδίου αυτού.  Έτσι, η κοσμολογία έχει καταστεί ενδιαφέρουσα για τους φυσικούς που εξετάζουν φαινόμενα σε μικροκλίμακα. Για μεγάλο χρονικό διάστημα ένας καλός υποψήφιος για το Inflaton το Πληθωριστικό σωματίδιο, φαίνεται να ήταν το διάσημο μποζόνιο Χίγκς . Όταν όμως το σωματίδιο Χιγκς παρατηρήθηκε τελικά το 2012 στον Ευρωπαϊκό Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων  στο CERN της Γενεύης, (LHC), αποδείχτηκε ότι ήταν πολύ ¨βαρύ¨ . Εάν το σωματίδιο Χίγκς με τη μάζα του ήταν υπεύθυνο για τον πληθωρισμό, η σημερινή εναπομένουσα ακτινοβολία θα φαινόταν διαφορετική από αυτή που παρατηρείται σήμερα από τους δορυφόρους COBE, WMAP και Planck», Λέει ο Δρ Chrzaszcz.

 Σχήμα 3

Οι θεωρητικοί φυσικοί πρότειναν μια λύση σε αυτή την εκπληκτική κατάσταση: το Πληθωριστικό σωματίδιο (inflaton) θα ήταν ένα εντελώς νέο σωματίδιο, με τις ιδιότητες του σωματιδίου Χίγκς, αλλά με σαφώς μικρότερη μάζα. Στην κβαντική μηχανική, η πανομοιότυπη φύση των χαρακτηριστικών προκαλεί την ταλάντωση των σωματιδίων: μετασχηματίζουν κυκλικά το ένα στο άλλο. Ένα μοντέλο πληθωρισμού που κατασκευάστηκε με αυτόν τον τρόπο θα έχει μόνο μία παράμετρο, περιγράφοντας τη συχνότητα ταλάντωσης / μετασχηματισμού μεταξύ του Πληθωριστικού σωματιδίου και του μποζονίου Χίγκς .

"Η μάζα του νέου Πληθωριστικού σωματιδίου μπορούσε να είναι αρκετά μικρή για να εμφανιστεί το σωματίδιο αυτό στην αποσύνθεση των Β+ Μεσονίων. Και αυτά τα πανέμορφα Μεσόνια είναι σωματίδια που καταγράφηκαν σε μεγάλο αριθμό από το πείραμα LHCb στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων ( Large Hadron Collider). Ετσι, αποφασίστηκε η ανίχνευση εξασθενούντων Μεσονίων, τα οποία αποσυντίθενται  μέσω της αλληλεπίδρασης τους με τα Πληθωριστικά σωματίδια,  κάτι που φαίνεται στα δεδομένα που συλλέχθηκαν στο LHC το 2011-12 », λέει ο διδακτορικός φοιτητής (PhD student)  Andrea Mauri (UZH).

Εάν υπήρχαν πράγματι τα ελαφρά Πληθωριστικά σωματίδια (light inflatons), το B+Μεσόνιο   θα εξασθενούσε μερικές φορές σε ένα Καόνιο (Κ + Μεσόνιο) και σε ένα σωματίδιο Χίγκς, το οποίο θα μετατρεπόταν σε ένα Πληθωριστικό σωματίδιο (inflaton) ως αποτέλεσμα της ταλάντωσης που προαναφέραμε. Αφού …ταξιδεύσει λίγα μέτρα μέσα στον ανιχνευτή, το  Πληθωριστικό σωματίδιο (inflaton) θα αποσυντεθεί σε δύο στοιχειώδη σωμάτια: Το Μιόνιο και το Αντιμιόνιο. Ανιχνευτές του πειράματος LHCb δεν θα καταγράψουν την παρουσία είτε του σωματιδίου Χίγκς είτε του Πληθωριστικού σωματιδίου (inflaton). Ωστόσο, οι ερευνητές από την IFJ PAN αναμένουν να δουν την εκπομπή Καονίων, καθώς  και αντιστοίχως την εμφάνιση ζευγών Μιονίου - Αντιμιονίου.

"Ανάλογα με την παράμετρο που περιγράφει τη συχνότητα της ταλάντωσης του Πληθωριστικού σωματιδίου  με το σωματίδιο Χίγκς (inflaton-higgs oscillation), η πορεία της αποσύνθεσης του Β + Μεσονίου θα πρέπει να είναι ελαφρώς διαφορετική. Στην ανάλυσή μας αναζητούσαμε αποσύνθεση έως 99% των πιθανών τιμών αυτής της παραμέτρου - και δεν βρήκαμε τίποτα. Δεν μπορούμε λοιπόν να πούμε με μεγάλη βεβαιότητα ότι το ελαφρύ Πληθωριστικό σωματίδιο (light inflaton) απλά δεν υπάρχει ", λέει ο Δρ. Chrzaszcz.

Θεωρητικά, το μικρής-μάζας Πληθωριστικό σωματίδιο (inflaton) μπορεί ακόμα να κρύβεται σε ένα τοις εκατό των μη εξετασμένων παραλλαγών της ταλάντωσης που αναφέραμε πιο πάνω. Αυτές οι περιπτώσεις τελικά αποκλείονται από μελλοντικές αναλύσεις χρησιμοποιώντας νεότερα δεδομένα που συλλέγονται τώρα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC).

Στμ :*Πληθωριστικό σωματίδιο (inflaton) είναι η ονομασία που αποδώσαμε σαν μια πιθανή μετάφραση του σωματιδίου, μιας και δεν βρήκαμε αντίστοιχη Ελληνική λέξη.

Πηγή

Πηγή εικόνας

Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα μπλε γράμματα)

         

Απόδοση στα Ελληνικά και απόδοση στα Ελληνικά της εικόνας Νο 1: Δημήτρης Γκίκας.

Για διορθώσεις μετάφρασης ως προς το πρότυπο κείμενο, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com

Εάν, κατά την άποψή σας, υπάρχουν επιστημονικά λάθη στο πρότυπο κείμενο η ομάδα μας δεν μπορεί να παρέμβει και να το αλλάξει χωρίς την συναίνεση του αρθρογράφου. Για οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή επικοινωνήστε με την πηγή του άρθρου.

Από την ομάδα : @Aratosastronomy