Γιατί δεν είμαστε φάσματα;

Tου ΧΡΗΣΤΟΥ ΛΑΣΚΟΥ

Στέφανος Ρόκος, Ηλεκτρισμός / Electricity, 2015, μεικτή τεχνική σε χαρτί , 92 Χ 127 εκ. 

Ian Sample, Higgs –Το σωματίδιο του Θεού, Μετάφραση: Νίκος Αποστολόπουλος, εκδ. Τραυλός, σελ. 388 

Αν πέσεις σε ένα δύσκολο ερώτημα στο οποίο δεν μπορείς να απαντήσεις, αντιμετώπισε πρώτα ένα απλούστερο ερώτημα το οποίο δεν μπορείς να απαντήσεις

Μαξ Τέγκμαρκ

Είναι πολλοί οι φιλόσοφοι που συνομολογούν πως το κύριο φιλοσοφικό ερώτημα, γύρω από το οποίο εκτυλίσσεται, εδώ και δυόμιση χιλιάδες χρόνια, όλη η οντολογική συζήτηση, είναι: γιατί να υπάρχει κάτι και όχι τίποτε;

Ένα αντίστοιχο ερώτημα στην περιοχή της Φυσικής, απλούστερο (;) σε σχέση με το αρχικό, αλλά ανάλογα θεμελιώδες είναι: γιατί να υπάρχουν μαζικά σωματίδια και να μην είναι όλα άμαζα; Ή, με διαφορετική διατύπωση, γιατί να μην είναι όλα όπως τα φωτόνια, σωματίδια χωρίς μάζα, «καθαρή ενέργεια» σε διαρκή κίνηση, άχρονα και ανάλλαχτα στην αιωνιότητα; Σε αυτό το ερώτημα, λοιπόν, ο Πήτερ Χιγκς ήδη από το 1965 είχε δώσει μιαν απάντηση. Σύμφωνα με την θεωρία του, η εξήγηση της μάζας ήταν ένα πεδίο, του οποίου η παρουσία και μόνο επαρκούσε προκειμένου γι’ αυτό. Όπως γράφει ο Sample: «Μολονότι δεν ήταν σαφές εκείνη την εποχή, η θεωρία του Χιγκς αναφερόταν σε μια κρίσιμη στιγμή της γένεσης του Σύμπαντος:   έδειχνε ότι, στην αρχή, οι δομικοί λίθοι του Σύμπαντος δεν ζύγιζαν το παραμικρό. Τα στοιχειώδη σωμάτια ήταν εντελώς άμαζα. Ένα κλάσμα του δευτερολέπτου [περίπου 10^-12 sec] μετά την Μεγάλη Έκρηξη, μετά το κατακλυσμιαίο γεγονός που έδωσε «ζωή» στο Σύμπαν, κάτι συνέβη. Ένα μέχρι τότε άγνωστο ενεργειακό πεδίο, που απλωνόταν σε ολόκληρο τον χώρο, «αφυπνίστηκε». Στιγμιαία, τα άμαζα σωματίδια που εκσφενδονίζονταν προς κάθε κατεύθυνση με την ταχύτητα του φωτός αιχμαλωτίστηκαν από το πεδίο και απέκτησαν μάζα. όσο πιο ισχυρή επίδραση δέχονταν από το πεδίο, τόσο βαρύτερα γίνονταν».

Το παρατηρήσιμο από εμάς Σύμπαν ξεκίνησε, μέσα σε μια Μεγάλη Έκρηξη, πριν από 13.7 δισεκατομμύρια χρόνια ως μια μικροσκοπική οντότητα ασύλληπτα μεγάλης ενέργειας και θερμοκρασίας. Η θερμοκρασία στο «εσωτερικό» του ήταν τόσο αδιανόητα μεγάλη, ώστε οι νόμοι της Φυσικής, όπως τους ξέρουμε σήμερα, δεν είχαν ακόμη αναδυθεί. Πολύ λίγο μετά, όμως, σε ένα μόλις «βλεφάρισμα», διάρκειας ενός πικοδευτερολέπτου, ο Κόσμος απέκτησε μέγεθος μπάλας και ψύχθηκε αρκετά –σε θερμοκρασία τρισεκατομμυρίων βαθμών-ώστε να δηλώσει την παρουσία του το πεδίο Χιγκς, που λόγω της προηγούμενης υπέρθερμης συνθήκης τελούσε εν υπνώσει. Έτσι, εμφανίστηκαν οι πρώτοι δομικοί λίθοι της ύλης, δεδομένου πως προηγούμενα άμαζα σωμάτια έγιναν βαρύτερα και ελάττωσαν ταχύτητα.

Το σωματίδιο Χιγκς είναι, λοιπόν, ο φορέας αυτού του πεδίου, που μετέτρεψε κάποια από τα αρχικά σωμάτια-φαντάσματα σε άλλα, με «υλικότερη» υπόσταση. Με άλλα λόγια, «υλοποίησε» την αρχικά φασματική τους ύπαρξη διαμορφώνοντάς τα σε κατάλληλα να υποστηρίξουν, εν τέλει, την γνώριμη μορφή ζωής. Έχει σημασία να το επισημάνουμε αυτό στο μέτρο που η δική μας ύπαρξη, ως παρατηρητών που διατυπώνουμε υποθέσεις και δοκιμάζουμε θεωρίες αναφορικά με τη δομή και τις λειτουργίες του Κόσμου, θα ήταν ολοκληρωτικά αδύνατη αν δεν υφίσταντο τα συγκεκριμένα μαζικά σωματίδια. Θα μπορούσε, πιθανά, να υπάρξουν άλλες καθαρά «ενεργειακές» μορφές ζωής και συνείδησης –άγγελοι, ίσως. Η δική μας μορφή, ωστόσο, θα ήταν αδύνατο να υπάρξει χωρίς τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια, που μας συγκροτούν. Εγώ κι εσείς δεν θα υπήρχαμε, δεν θα  ήταν δυνατό να υπάρξουμε.

Χωρίς το σωματίδιο Χιγκς θα υπήρχε μόνο «φως» και καθόλου εκείνα τα υλικά, που αποτελούν τα δομικά συστατικά της συνηθισμένης ύλης. Όπως το θέτει ο Sample, «[δ]εν θα υπήρχε η γνωστή μας χημεία: τα μόρια της ύλης δεν θα είχαν ποτέ συνενωθεί για να σχηματίσουν τα όντα που παρατηρούμε σήμερα. Τα άστρα και οι πλανήτες δεν θα είχαν δημιουργηθεί. Το ηλιακό μας σύστημα θα ήταν μια έρημος χωρίς το παραμικρό ίχνος έμβιας δραστηριότητας –το ίδιο θα ίσχυε για κάθε αστρικό σύστημα σε κάθε περιοχή του Σύμπαντος». Η παρουσία του πεδίου Χιγκς είναι που διαμόρφωσε τις προϋποθέσεις για την δική μας ύπαρξη. Ο τρόπος με τον οποίο λειτουργεί το πεδίο, ώστε να δίνει μάζα στα σωμάτια περιγράφεται πολύ καλά, νομίζω, με την ακόλουθη μεταφορά: «Κινούνταν, πλέον, σαν μύγες που κολυμπούν παγιδευμένες μέσα σε παχύρρευστο υγρό». Τα σωματίδια κινούνταν μέσα στο πεδίο σαν «σε παχύρρευστο υγρό».

Ο Τζον Έλις, μέλος του ερευνητικού προσωπικού του CERN, αρέσκεται να περιγράφει το πεδίο Χιγκς, με ανάλογο τρόπο. Φανταστείτε μια άπειρη χιονοσκεπή έκταση, που καλύπτει ολόκληρο το Σύμπαν, λέει. Κάποια σωματίδια μπορούν να τρέξουν πάνω στο χιόνι σαν να φορούν χιονοπέδιλα. Αυτά είναι τα φωτόνια, τα άμαζα σωματίδια που δεν αντιλαμβάνονται το πεδίο Χιγκς και επομένως μπορούν να κινούνται με την ταχύτητα του φωτός.  Άλλα σωματίδια, όπως το ηλεκτρόνιο, συμπεριφέρονται σα να φορούν ειδικά χιονοπάπουτσα για να περπατούν στο χιόνι. Βυθίζονται ελαφρώς, προχωρούν με μικρότερη ταχύτητα και έτσι αποκτούν μια μικρή μάζα. Υπάρχουν και σωματίδια, όπως το κουάρκ κορυφή, με μάζα 400000 φορές αυτής του ηλεκτρονίου, τα οποία δεν φορούν καθόλου παπούτσια. Βυθίζονται βαθιά στο χιόνι και γίνονται υπέρβαρα κατά την διαδικασία. Βάσει αυτής της περιγραφής, η μάζα ενός σωματιδίου είναι ανάλογη της αντίστασης που συναντάει κατά την κίνησή του μέσα στον χώρο, ο οποίος είναι «γεμάτος» από το πεδίο Χιγκς. Η αναζήτηση του μποζονίου Χιγκς ισοδυναμεί με τη συλλογή χιονονιφάδων από αυτόν τον κοσμικό χιονισμένο αγρό και την εξέτασή τους κάτω από ένα μικροσκόπιο.

Από τη στιγμή που ο Πήτερ Χιγκς διατύπωσε την θεωρία του μεσολάβησε ένας πραγματικός ερευνητικός μαραθώνιος σε ΗΠΑ και Ευρώπη, ο οποίος, για να βρεί τα πατήματά του, απαίτησε ακόμη και πολιτικές παρεμβάσεις μεγάλης κλίμακας. Η αντικομμουνιστική φαντασίωση του Ρήγκαν και το προσωπικό ενδιαφέρον της Θάτσερ, μεταξύ άλλων, έπαιξαν το ρόλο τους. Έπρεπε να αρθούν αντιρρήσεις που είχαν σχέση με τη μεγάλη, συγκριτικά με προηγούμενα προγράμματα, χρηματοδότηση, ενώ φήμες και «αστικοί μύθοι» κυκλοφορούσαν σχετικά με τους τρομερούς κινδύνους που ενείχαν τα προγραμματιζόμενα πειράματα. Κάποιοι ισχυρίστηκαν πως θα πριμοδοτούσαν την μετατροπή του νερού των ωκεανών σε πλαστικό, στερεοποιώντας τα πάντα, λόγω του ό,τι τα μόρια του νερού θα συνδέονταν μεταξύ τους σχηματίζοντας γιγάντια μόρια σαν κι αυτά που συναντάμε στα πολυμερή. Ή θα προκαλούσαν, λόγω των μεγάλων πιέσεων που θα ασκούταν, τη μετατροπή των κοινών κουάρκς σε «παράξενα», τροφοδοτώντας με άλλον τρόπο μια παρόμοια διαδικασία με την προηγούμενη. Άλλοι υποστήριξαν πως οι τεράστιες ενέργειες, που θα αναπτύσσονταν στις συγκρούσεις εντός του επιταχυντή, θα μπορούσαν να προκαλέσουν τη δημιουργία μαύρων τρυπών, οι οποίες στη συνέχεια θα απορροφούσαν τη Γη, το Ηλιακό σύστημα και τα πάντα.  Ή να προκαλέσουν κάποια μετάπτωση κενού, που θα οδηγούσε σε μια κοσμική καταστροφή συμπαντικής κλίμακας: με τα λόγια του νομπελίστα Βίλτζεκ, «[δ]εν βλέπεις τίποτε, απλά χάνεσαι. Θα γινόμασταν όλοι πορφυρή αχλή».

Αν προστεθεί και το γεγονός πως η προσπάθεια, στις τελευταίες της φάσεις, έζησε τεράστιας κλίμακας καταστροφές και ατυχήματα στις υποδομές και τις πειραματικές εγκαταστάσεις, θα μπορούσε να ειπωθεί πως επρόκειτο για ένα πραγματικό επιστημονικό –και όχι μόνο- θρίλερ. Είτε έτσι είτε αλλιώς, πάντως, άνοιξε δρόμους πρωτόγνωρους για την επιστημονική εξέλιξη.     

***

Όταν, το 2010, ολοκληρωνόταν η συγγραφή αυτού του βιβλίου στα αγγλικά, το σωματίδιο Χιγκς, την ιστορία του οποίου μας διηγείται, ακόμα αναζητούταν. Από το 2014 έχουμε αποδείξεις πως υφίσταται. Ο Μεγάλος Αδρονικός Επιταχυντής του CERN το εντόπισε –ή σχεδόν. Θα χρειαστεί η επανάληψη του πειράματος, για να «δέσει» η απόδειξη οριστικά. Έχουμε ισχυρότατους λόγους, ωστόσο, να θεωρούμε πως αυτό που «είδε» η πολυάριθμη κοινότητα των πειραματιστών στον θάλαμο του επιταχυντή ήταν πράγματι το «σωματίδιο του Θεού».

Πολλά χρόνια πριν, το 1983, στην αρχή της πειραματικής αναζήτησης του σωματιδίου Χιγκς στο CERN, ένας από τους σημαντικότερους επιστήμονες που ενεπλάκησαν, ο Κάρλο Ρούμπια, εξέφραζε την πεποίθησή του σχετικά με τις πιθανότητες να αποδώσει η πειραματική έρευνα, λέγοντας: “Si sone rose, fioriranno”. Που σημαίνει, «αν υπάρχουν τριαντάφυλλα, θα ανθίσουν». Φαίνεται πως υπάρχουν τριαντάφυλλα. Και το βιβλίο του Sample είναι από τους καλύτερους οδηγούς, για να συλλάβουμε τη μυρωδιά τους.