Πέντε συχνές παρανοήσεις σχετικά με το μποζόνιο Higgs

Από τις ανακοινώσεις των ερευνητών σε συνέδριο που πραγματοποιήθηκε πριν από λίγες ημέρες στο Κιότο, αναζωπυρώθηκε κάπως ενδιαφέρον για το σωματίδιο Higgs. Για το τι νέο υπάρχει σχετικά με το Higgs μπορεί κανείς να διαβάσει ΕΔΩ, ΕΔΩ, ΕΔΩ και ΕΔΩ. 

Η περιγραφή μιας φυσικής θεωρίας είναι ακριβής εφόσον χρησιμοποιείται η μαθηματική γλώσσα. Όταν όμως επιχειρείται η εκλαΐκευσή της, τότε δημιουργούνται παρανοήσεις και παρερμηνείες. Κάτι τέτοιο συνέβη και με το σωματίδιο Higgs, του οποίου η ανακάλυψη ανακοινώθηκε στις αρχές Ιουλίου.

 Ο φυσικός Mark Kruse, από το πανεπιστήμιο Duke, εντόπισε τις παρερμηνείες που κυκλοφορούν σε εκλαϊκευτικά άρθρα σχετικά με το Higgs, και τις παρουσίασε σε δημοσιογράφους που ασχολούνται με επιστημονικά θέματα.

Διαφάνεια από την πρόσφατη ομιλία του φυσικού Mark Kruse

Στη διάλεξη που έδωσε περιέγραψε τις 5 βασικές παρανοήσεις που γίνονται κατά την εκλαΐκευση θεμάτων σχετικά με το σωματίδιο Higgs:

Παρανόηση 1η: Το σωματίδιο Higgs δίνει μάζα στα άλλα σωματίδια

Διόρθωση: Οι μάζες των θεμελιωδών σωματιδίων προέρχονται από τις αλληλεπιδράσεις με το πεδίο Higgs

Ακούμε αυτή τη δήλωση συνεχώς, αλλά πως γίνεται ένα σωματίδιο να «δίνει» μάζα σε κάποιο άλλο. Το πεδίο Higgs είναι αυτό που προσδίδει μάζα σε στοιχειώδη σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια, τα νετρίνα και τα quarks.
Tο σωματίδιο Higgs είναι μια συνέπεια του πεδίου Higgs. Η ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs αποδεικνύει την ύπαρξη του πεδίου Higgs. Στα μαθηματικά που χρησιμοποιούν οι φυσικοί για να κατανοήσουν το μποζόνιο και το πεδίο Higgs, υπάρχει ένα τμήμα σε μια εξίσωση στο οποίο θεωρούν την ύπαρξη του μποζονίου Higgs, ως ενός σημειακού σωματιδίου που προκύπτει από την «συστροφή» του πεδίου Higgs στον εαυτό του – όπως ένας κόμπος στον ιστό της αράχνης. Οι φυσικοί δεν θεωρούν πως το μποζόνιο Higgs μπορεί να δίνει από μόνο του οιαδήποτε μάζα, όμως αλληλεπιδρώντας με τα άλλα σωματίδια, υποστηρίζουν ότι το πεδίο Higgs δημιουργεί «αντίσταση» στην κίνηση των σωματιδίων, και ως εκ τούτου προκύπτει η μάζα τους.

Παρανόηση 2η: Το πεδίο Higgs δημιουργεί την μάζα των πάντων.

Διόρθωση: Το πεδίο Higgs δημιουργεί τη μάζα του 1% της παρατηρήσιμης μάζας στο σύμπαν και πιθανώς όλης της σκοτεινής ύλης.

Το πεδίο Higgs ευθύνεται για την μάζα των quarks, από τα οποία αποτελούνται τα πρωτόνια και τα νετρόνια, που με τη σειρά τους σχηματίζουν τους πυρήνες των ατόμων. Η μάζα των quarks αντιπροσωπεύει μόνο το 1% της μάζας ενός πρωτονίου ή νετρονίου. Το υπόλοιπο 99% προέρχεται από την ενέργεια σύνδεσης των πρωτονίων και νετρονίων, μέσω της οποίας τα συστατικά τους (τα quarks) διατηρούνται συνδεδεμένα μεταξύ τους.
Μπορεί να φαίνεται μικρό το ποσοστό της ύλης, η μάζα της οποίας καθορίζεται από το πεδίο Higgs, πρόκειται όμως για την μάζα των θεμελιωδών συστατικών του σύμπαντος. Το πεδίο Higgs έχει απίστευτες συνέπειες στη δομή των ατόμων και των μορίων. Χωρίς αυτό η μάζα των ηλεκτρονίων για παράδειγμα θα ήταν μηδενική και τα άτομα και εμείς μαζί θα είχαμε διαλυθεί.
Πέραν της γνωστής ύλης, υπάρχει και η σκοτεινή ύλη που αλληλεπιδρά ελάχιστα με την γνωστή μας ύλη, και αποτελεί το 80% της συνολικής ύλης του σύμπαντος. Επειδή έχει σημαντική μάζα πρέπει να αλληλεπιδρά με το πεδίο Higgs και αυτό είναι ένα σημαντικό ζήτημα στην σημερινή έρευνα των υψηλών ενεργειών.

Παρανόηση 3η: Το μποζόνιο Higgs δημιουργεί το πεδίο Higgs

Διόρθωση: Το πεδίο Higgs δημιουργεί το μποζόνιο Higgs.

Το μποζόνιο Higgs είναι μια συνέπεια του πεδίου Higgs. To ίδιο το πεδίο γίνεται αισθητό ως θεμελιώδη σωμάτια στο πολύ πρώιμο σύμπαν, περίπου στο ένα δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν μια θεμελιώδης συμμετρία το σύμπαντος – η ηλεκτρασθενής – έσπασε.

Παρανόηση 4η: Το πεδίο Higgs είναι αυτό που οι επιστήμονες ονόμαζαν στο παρελθόν αιθέρα.

Διόρθωση: Το πεδίο Higgs δεν είναι ένα μέσο. Είναι ένα πεδίο ενέργειας.

Στα τέλη του 1800 οι επιστήμονες αντιλαμβάνονταν τον αιθέρα ως το μέσο στο οποίο διαδίδονταν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ή το φως – όπως τα ηχητικά κύματα για να διαδοθούν χρειάζονται κάποιο μέσο (π.χ. αέρα). Η υπόθεση του αιθέρα εγκαταλείφθηκε οριστικά με την έλευση της θεωρίας της σχετικότητας του Einstein.
Όταν φυσικοί και συγγραφείς προσπαθούν να εξηγήσουν το πεδίο Higgs, το περιγράφουν σαν γλοιώδες – κολλώδες μέσο, στο οποίο τα σωματίδια συναντούν δυσκολία στην κίνησή τους και η αντίσταση που αισθάνονται δημιουργεί τη μάζα τους. Το πεδίο βέβαια δεν είναι κάποια κολλώδης επιβραδυντική ουσία. Δεν είναι ένα μέσο, αλλά μάλλον ένας τύπος ενέργειας που διαποτίζει ομοιόμορφα όλο το χώρο.

Παρανόηση 5η: Υπήρξε κάποια στιγμή που χαρακτηρίζεται ως η «στιγμή εύρηκα» για την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs.

Διόρθωση: Δεν θα υπάρξουν ποτέ στιγμές εύρηκα για ανακαλύψεις όπως το μποζόνιο Higgs και το πεδίο Higgs στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων.

Η ανακάλυψη βασίζεται στη συνεχή συσσώρευση αποδεικτικών στοιχείων, τα οποία σε κάποιο συγκεκριμένο σημείο θα θεωρηθούν αρκετά ισχυρά υπέρ της ύπαρξης του Higgs ή καλύτερα, η πιθανότητα πίσω από τα δεδομένα αυτά να κρύβεται κάτι άλλο θα είναι πολύ μικρή.
today.duke.edu