Δευτέρα, 3 Οκτωβρίου 2011

Ηρθε η ώρα να αναθεωρήσουμε τον Αϊνστάιν;


Δείτε επίσης:

Καταρρίπτουν τα νετρίνα θεωρίες του Αϊνστάιν;


Το πείραμα OPERA που δείχνει πως τα νετρίνα είναι ταχύτερα από τα φωτόνια έβαλε νέα ερωτηματικά

Ηρθε η ώρα να αναθεωρήσουμε τον Αϊνστάιν;

Στις 28 Δεκεμβρίου του 1934 δίνοντας μιαν ακόμη διάλεξη μπροστά σε αμερικανούς επιστήμονες ο Αϊνστάιν δεν θα υποψιαζόταν βέβαια ότι τον Σεπτέμβριο του 2011 μπροστά στο παγκόσμιο κοινό θα γινόταν μια ανακοίνωση για σωματίδια που κινούνται με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτή του φωτός

 Ο Αϊνστάιν κάποια στιγμή πείστηκε ότι έπρεπε να δεχθούμε πως ο χρόνος δεν είναι σταθερός και αδιαπραγμάτευτος. Συνέδεσε μάλιστα το «πόσο γρήγορα περνάει» με το πόσο γρήγορα κινούμαστε και πόσο κοντά βρισκόμαστε σε μια μάζα. Αυτό που είναι σταθερό και αδιαπραγμάτευτο, είτε βρισκόμαστε επάνω στη Γη και περπατάμε είτε έχουμε μπει σε κάποιο διαστημόπλοιο και εξερευνούμε τον Γαλαξία με ιλιγγιώδεις ταχύτητες, είναι το πόσο «τρέχει» το φως. Το 1905, μάλιστα, διατυπώνοντας τους κανόνες της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας, το πιο βασικό στοιχείο της ήταν ότι τίποτε στο Σύμπαν ολόκληρο δεν μπορεί να κινηθεί με ταχύτητα μεγαλύτερη από τα 299,792,458 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, δηλαδή αυτήν που αποκτούν τα φωτόνια όταν κινούνται στο κενό. Επίσης ότι οι νόμοι της Φυσικής για ένα σώμα δεν επηρεάζονται από την ταχύτητά του και την περιστροφή του.
Θεωρείται ότι τα πιο αντιφατικά σωματίδια στο Σύμπαν είναι αυτή τη στιγμή τα νετρίνα. Είναι σε πλήθος περισσότερα από οποιαδήποτε άλλη μορφή ύλης και σε συμπεριφορά τα πιο παράξενα. Τη στιγμή αυτή που κάποιος διαβάζει ήσυχα και σιωπηλά την εφημερίδα του χιλιάδες νετρίνα τον διαπερνούν και συνεχίζουν ένα αιώνιο και απροσδιόριστο ταξίδι. Κάποια από αυτά έχουν έλθει από τον Ηλιο και άλλα τα έχουν δημιουργήσει το κάλιο και το ασβέστιο που είναι ελαφρώς ραδιενεργά και βρίσκονται στα κόκαλα και στα δόντια μας. Σε λίγες ώρες θα βρίσκονται έξω από τα όρια του πλανητικού μας συστήματος ενώ ο Ηλιος έχει δημιουργήσει τα προηγούμενα μόλις δευτερόλεπτα περισσότερα από όσοι είναι οι κόκκοι της άμμου στις ακρογιαλιές και στις ερήμους της Γης.
«Απάνθρωπη» ακρίβεια!
Εδώ και τρία χρόνια μια ομάδα επιστημόνων υπομονετικά μετρούσε τον χρόνο που χρειάζονταν τα νετρίνα να διανύσουν μια απόσταση 730 χιλιομέτρων, από το Κέντρο Ερευνών του CERN στη Γενεύη ως ένα υπόγειο εργαστήριο στο Γκραν Σάσο, κοντά στη Ρώμη. Μια δέσμη φωτός χρειαζόταν 2,4 χιλιοστά του δευτερολέπτου για να διανύσει αυτή την απόσταση αλλά μέσα στα τρία αυτά χρόνια παρατηρήθηκαν λίγο περισσότερες από 15.000 περιπτώσεις όπου νετρίνα, δημιουργημένα επί τούτου και με ελεγμένες προδιαγραφές, κάλυψαν αυτή την απόσταση 60 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου πιο γρήγορα από τα φωτόνια της δέσμης φωτός. Η κοινότητα των ειδικών στα θέματα αυτά κοιτάζει τα αποτελέσματα που παρουσίασαν επίσημα στις 22 Σεπτεμβρίου κάποιοι από τους δεκάδες φυσικούς της ομάδας (ανάμεσά τους και αρκετοί Ελληνες) και αναρωτιέται αν είναι έτσι τα πράγματα ή αν έχει γίνει κάποιο μεγάλο λάθος. Η ακρίβεια που απαιτείται σε ένα τέτοιο πείραμα είναι... απάνθρωπη, θα λέγαμε. Η απόσταση των δύο σημείων, από εκεί που παράγονται τα νετρίνα ως τις ειδικά κατασκευασμένες πλάκες μολύβδου στο τέλος της διαδρομής, εκατοντάδες χιλιόμετρα μακρύτερα, πρέπει να έχει μετρηθεί με ακρίβεια μεγαλύτερη από 20 εκατοστά του μέτρου, ο χρόνος που ξεκίνησε η δέσμη και αυτός που δείχνουν τα ρολόγια στο τέρμα πρέπει να έχουν μπει με τέλειο συγχρονισμό (ακόμη και ο απειροελάχιστος χρόνος που χρειάζεται να στείλεις μήνυμα από την αφετηρία στο τέρμα με το τι ώρα είναι εκείνη τη «στιγμή» πρέπει να υπολογιστεί), όπως και η διαφορά στην ταχύτητα περιστροφής της Γης στα δύο σημεία και ο εσωτερικός μηχανισμός του πειράματος μπορεί να είναι πηγές ενός συστηματικού και κρυμμένου προς το παρόν λάθους. Ηδη και σε άλλο εργαστήριο στο παρελθόν είχαν παρατηρήσει το ίδιο φαινόμενο αλλά δεν το δέχθηκαν διότι δέχθηκαν πρώτα πως η ακρίβεια του πειράματος δεν ήταν αυτή που έπρεπε. Και από τις ολόφωτες εκρήξεις των υπερκαινοφανών αστέρων όπου η παραγωγή φωτονίων αλλά και νετρίνων είναι τεράστια είχαν παρατηρήσει το ίδιο φαινόμενο. Πίστευαν όμως ότι η καθυστέρηση στην άφιξη των φωτονίων στα παρατηρητήρια της Γης σε σχέση με τα νετρίνα οφειλόταν σε αντιδράσεις με την ύλη.
Αν όμως τώρα όλα έχουν γίνει όπως πρέπει; Τότε θα είναι ανάγκη να ξανασκεφθούμε το αν είχε δίκιο ο Αϊνστάιν όταν υπολόγιζε ότι χρειάζεται άπειρη ενέργεια για να ξεπεράσει ένα σωματίδιο την ταχύτητα του φωτός και να δεχθούμε ότι η αιτιότητα, που υπαγορεύει την κατ' εμάς λογική ακολουθία των πραγμάτων, μπορεί κάλλιστα να ανατρέπεται. Και θα βρίσκουμε πως μια δέσμη από σωματίδια με ταχύτητες μεγαλύτερες από την ταχύτητα του φωτός θα φθάνει σ' εμάς πριν από τη στιγμή που υποτίθεται ότι θα ξεκινούσε! Γι' αυτό χρησιμοποίησαν αυτές τις ημέρες και το παράδειγμα του μπάρμαν που φαίνεται να λέει (σαν να μιλάει μόνος του): «Συγγνώμη, δεν πουλάμε αλκοόλ σε νετρίνα» και αμέσως μετά, λέει, ανοίγει η πόρτα του μπαρ και μπαίνει ένα νετρίνο...

Από αυτή τη συσκευή Σύγχροτρον ξεκινούσαν τα πρωτόνια που ύστερα από μια σφοδρή σύγκρουση μεταξύ τους έδιναν καόνια και πιόνια, για να έχουν κι αυτά μετατραπεί σε μιόνια και μ-νετρίνα στο ξεκίνημά τους για το ταξίδι των 3 χιλιοστών του δευτερολέπτου περίπου μέχρι το Γκραν Σάσο όπου βρισκόταν ο ανιχνευτής



Οι τέσσερις σωματοφύλακες της ύλης
Για τη δομή της ύλης χρειαζόμαστε τέσσερα μόνο στοιχειώδη σωμάτια και η λέξη «στοιχειώδη» δεν χρησιμοποιείται τυχαία:
σημαίνει ότι ακόμη δεν έχουμε διαπιστώσει να αποτελούνται από άλλα μικρότερα. Ολα γύρω μας και εμείς οι ίδιοι έχουμε δομηθεί από το επάνω και το κάτω κουάρκ, το ηλεκτρόνιο και το νετρίνο. Το τελευταίο αυτό είναι το πιο παράξενο από όλα σε συμπεριφορά. Δεν έχει ηλεκτρικό φορτίο, η μάζα του είναι τόσο μικρή που σε μερικούς υπολογισμούς επιτρέπεται και να τη θεωρούμε ίση με το μηδέν, ενώ βρίσκεται σε τεράστιες ποσότητες στο Σύμπαν. Εμφανίζεται ως προϊόν διάσπασης του νετρονίου, ως τώρα στους υπολογισμούς θεωρούσαν ότι είχε ταχύτητα ίση με αυτήν του φωτός και ο χαρακτηρισμός του ως ενός μεγάλου τίποτα είναι πλέον παρελθόν, αφού γνωρίζουμε σήμερα ότι 50 τρισεκατομμύρια νετρίνα περνούν μόνο μέσα από το σώμα μας και μάλιστα σε ένα δευτερόλεπτο!
Αυτό το νετρίνο ονομάζεται νετρίνο του ηλεκτρονίου και το ξεχωρίζουμε έτσι από άλλα δύο ξαδελφάκια του, το νετρίνο του μιονίου και το νετρίνο του σωματιδίου ταυ. Τα λέμε ξαδέλφια διότι έχουν κάποια κοινά χαρακτηριστικά αλλά, όπως και τα αληθινά ξαδέλφια, δεν έχουν την ίδια μάζα, και μάλιστα στη διάρκεια του ταξιδιού τους έχουν την ικανότητα να αλλάζουν ιδιότητες έτσι ώστε το ένα να μεταμορφώνεται στο άλλο, κάτι που τυράννησε πολύ τους ερευνητές τα προηγούμενα χρόνια.
(Σε αυτή τη διεύθυνση http://www.physics.ntua.gr/ η Ελληνική Ομάδα Εκλαΐκευσης από το Τμήμα Φυσικής του Εθνικού Μετσοβίου Πολυτεχνείου έχει αναρτήσει εξαιρετικές ιστοσελίδες σχετικές με τα στοιχειώδη σωμάτια και τη δομή της ύλης.)
Αξίζουν τον κόπο όλα αυτά;
Στον τρίτο όροφο του κτιρίου της Φυσικής στην Πολυτεχνειούπολη, σε ένα πολύ μικρό γραφείο, ανάμεσα σε κλασικούς πίνακες όπου γράφεις ακόμη με κιμωλία και αφίσες από κλασικά έργα του παγκόσμιου κινηματογράφου, βρίσκεις τον κ. Νίκο Τράκα, καθηγητή στη Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών και ερευνητή στα στοιχειώδη σωμάτια. Είναι κατά κάποιον τρόπο και ένας άτυπος «πρεσβευτής» του CERN στην Ελλάδα, αφού είναι συντονιστής της Ελληνικής Ομάδας Εκλαΐκευσης που οργανώνει τα ετήσια δωρεάν σεμινάρια εκατοντάδων μαθητών και καθηγητών για τα στοιχειώδη σωμάτια και ενημερώνει τον Τύπο πάντα για κάθε επιτυχία (αλλά και αποτυχία) του μόνου ίσως ευρωπαϊκού οργανισμού που από συνεργασία τουλάχιστον μεταξύ των μελών του πάει αρκετά καλά.
Η ερώτηση που πρέπει να του γίνεται πολύ συχνά, ιδιαίτερα σε τέτοιες δύσκολες οικονομικά εποχές, είναι: Και τι χρειάζεται να ξοδεύουμε τόσα χρήματα, να δημιουργούμε τέτοιες κολοσσιαίες εγκαταστάσεις εκεί στην Ελβετία και μηχανισμούς-μαμούθ και αναρίθμητοι άνθρωποι να δουλεύουν τόσα χρόνια γι' αυτά τα στοιχειώδη σωμάτια, που πολλά από αυτά δεν υπάρχει περίπτωση να τα δούμε ποτέ καν; Για να βρούμε αν τα νετρίνα ή τα φωτόνια τρέχουν πιο γρήγορα ή αν υπάρχει το σωματίδιο του... Θεού;
Οπως όμως εξηγεί με πολλή υπομονή: «Πέρα από την έμφυτη διάθεση των ανθρώπων να μάθουν περισσότερα για τον κόσμο που τους περιβάλλει, όσο προχωρούμε τόσο περισσότερα πράγματα από αυτά που χρησιμοποιούνται για πρώτη φορά σε ένα πείραμα μπαίνουν στη ζωή των καθημερινών ανθρώπων. Είναι κάτι ανάλογο με ό,τι συμβαίνει με τη Φόρμουλα 1. Ξοδεύονται χρήματα για εξαρτήματα που πρώτα χρησιμοποιούνται στα τερατώδη αυτοκίνητα των αγώνων αλλά στη συνέχεια διαχέονται στον υπόλοιπο κόσμο που οδηγεί στην εθνική οδό και στην Πανεπιστημίου».
Από τους επιταχυντές στη ζωή
Ετσι πρόχειρα ο κ. Τράκας μάς αναφέρει τα παρακάτω που ξεκίνησαν εξελίσσοντας συσκευές και εγκαταστάσεις στους μεγάλους επιταχυντές:
1. Σε ορισμένα νοσοκομεία της Γενεύης ήδη στις συνηθισμένες ακτινογραφίες αντί για τις παλιές συμβατικές φωτοευαίσθητες πλάκες χρησιμοποιούνται ανιχνευτές σωματιδίων που είναι πολύ πιο ευαίσθητοι και έτσι ο εξεταζόμενος δεν χρειάζεται παρά να πάρει το ένα δέκατο της ραδιενεργού δόσης που θα έπαιρνε με τα παλιά μηχανήματα.
2. Η αδρονική θεραπεία (hadron therapy) είναι ήδη αρκετά διαδεδομένη. Σ' αυτήν χρησιμοποιούνται ιόντα άνθρακα με μεγάλη ταχύτητα για την καταστροφή των καρκινικών κυττάρων. Αυτά τα ιόντα έχουν την ιδιότητα να μην αλληλεπιδρούν με τους ανθρώπινους ιστούς που διατρέχουν (και επομένως και να μην τους καταστρέφουν) κατά την κίνησή τους αλλά να δίνουν όλη την ενέργειά τους σταματώντας πάνω στα καρκινικά κύτταρα. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να περνούν μέσα από ευαίσθητα σημεία του ανθρώπινου σώματος χωρίς να προξενούν ζημιές και να αφήνουν όλη τους την ενέργεια στοχευμένα σε ένα σημείο, κάτι πολύ χρήσιμο στην καταπολέμηση των όγκων του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού. Πώς μπαίνει σ' αυτή την ιατρική υπόθεση η φυσική των σωματιδίων; Η επιτάχυνση των ιόντων του άνθρακα γίνεται με χρήση μικρών επιταχυντών που χρησιμοποιούν την ανεπτυγμένη τεχνολογία των πειραμάτων της φυσικής.
3. Είναι ίσως περιττό να αναφέρουμε την Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίου (Positron Emission Tomography _ PET), τεχνολογία στηριγμένη στις ανιχνευτικές διατάξεις της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων.
4. Για να «πιάνουμε» γεγονότα που έχουν συχνότητα ένα γεγονός ανά 25 νανοδευτερόλεπτα, δηλαδή 25 δισεκατομμυριοστών του δευτερολέπτου, έπρεπε να αναπτυχθούν τεχνολογίες ηλεκτρονικών συσκευών εκπληκτικά προχωρημένες σε σχέση με ό,τι υπήρχε πριν.
Οσο για τις καινούργιες εικασίες που γέννησε το πείραμα του Gran Sasso με τα σωματίδια τα ταχύτερα και από το φως, ότι θα γίνονται δηλαδή πιο γρήγορα τα διαστημικά ταξίδια και οι τηλεπικοινωνίες, είναι πολύ άγουρες και μάλλον επιφανειακές προφητείες. Αρκεί να θυμηθούμε ότι τα νετρίνα είναι σωματίδια που κάνουν ανεπαίσθητη διάβαση από το σώμα μας και από διάφορα άλλα αντικείμενα, άρα θα είναι πολύ δύσκολο να γίνει αντιληπτό το μήνυμα που τυχόν θα μεταφέρουν από τον εγκέφαλό μας για παράδειγμα, έστω και με ιλιγγιώδεις ταχύτητες.

Το σκηνικό γύρω από το πείραμα OPERA, σε βάθος 1.400 μέτρων κάτω από τη γη, είναι εντυπωσιακό. Στο κέντρο διακρίνεται ο κύλινδρος-στόχος με τις πλάκες μολύβδου όπου ανάμεσά τους βρίσκονται τοποθετημένα φύλλα από φωτοευαίσθητο υλικό 


ΤΑ ΝΑΙ ΚΑΙ ΤΑ ΟΧΙ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ OPERA
Το φαινόμενο παρατηρήθηκε στο πλαίσιο του πειράματος OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) στο CERN που στηρίζεται στη δημιουργία συγκρούσεων πρωτονίων με στόχους από γραφίτη, παραγωγή πιονίων και καονίων που γρήγορα δίνουν μιόνια και νετρίνα του μιονίου. Αυτά ταξιδεύουν 730 χιλιόμετρα και στον δρόμο έχουμε κάποια από αυτά να μετατρέπονται σε νετρίνα. Στη διάρκεια αυτού του πειράματος υπήρξαν οι ενδείξεις για πιθανή υπέρβαση της ταχύτητας του φωτός από τα νετρίνα.
Ναι: 
- Από όλα τα παρόμοια πειράματα αυτό ήταν το πιο ακριβές. Υπολογίστηκε ότι το συνολικό λάθος που θα μπορούσε να εμφανιστεί ήταν 10 νανοδευτερόλεπτα και τα νετρίνα βρέθηκε τελικά να είναι πιο γρήγορα από τα φωτόνια κατά 60 νανοδευτερόλεπτα καλύπτοντας θεωρητικά το περιθώριο σφάλματος.
- Η δέσμη πρωτονίων που είναι απαραίτητη για να ξεκινήσει η παραγωγή νετρίνων ήταν... ευγενική χορηγία του μεγάλου επιταχυντή του CERN, άρα διέθετε εξαρχής καλές προδιαγραφές.
- Η εγκατάσταση του πειράματος δεν είναι παίξε-γέλασε. Τα μηχανήματα μεταφέρθηκαν σε έναν χώρο 1.400 μέτρα κάτω από την επιφάνεια της Γης, οι ανιχνευτές των νετρίνων είναι πλάκες μολύβδου με ειδικό ευαίσθητο επίχρισμα και φθάνουν τις 60.000 προς το παρόν, με προοπτική να γίνουν 150.000.
- Οι μετρήσεις στις δέσμες των νετρίνων είναι στατιστικές. Είναι αδύνατον να μετρήσεις την ταχύτητα ενός συγκεκριμένου νετρίνου!
Οχι:
- Η θεωρία του Αϊνστάιν ως τώρα έχει χρησιμοποιηθεί για περισσότερο από έναν αιώνα και έχει δώσει σωστά αποτελέσματα, ενώ διάφορα πειράματα, με τελευταίο το Gravity Probe 2 όπου η NASA ανακοίνωσε στις 4 Μαΐου 2011 ότι επιβεβαιώθηκαν και στο Διάστημα οι προβλέψεις της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας.
- Ο προσδιορισμός της απόστασης των δύο σημείων, της αφετηρίας και του τέρματος, έγινε με τη βοήθεια του συστήματος GPS που δεν θεωρείται ότι διαθέτει την απαιτούμενη από το πείραμα ακρίβεια.
- Ακόμη θα χρειαστεί και σε άλλα σημεία του πλανήτη να γίνουν ίδια πειράματα για να είμαστε βέβαιοι για το αποτέλεσμα.
- Το ότι κάποιο τμήμα της διαδρομής, κάπου 11 χιλιόμετρα, γίνεται μέσα στον αέρα απαιτεί πολύ προσεκτικές διορθώσεις και διατυπώθηκαν κάποιες αμφιβολίες αν αυτές έγιναν όπως έπρεπε. Υποδείχθηκε ακόμη στους ερευνητές ότι έπρεπε να είχαν ανοίξει μια οπή ως το υπόγειο εργαστήριο για πιο ακριβείς μετρήσεις, αλλά και εκεί αποδείχθηκε ότι υπήρχε κίνδυνος να γίνει πιο μεγάλο λάθος σχετικά με την κλίση της.

………………………………………………………………………………………
Η πλήρης ανακοίνωση της ερευνητικής ομάδας του Γκραν Σάσο βρίσκεται σε αυτή τη διεύθυνση: http://static.arxiv.org/pdf/1109.489.pdf.
Κατατοπιστικά άρθρα από την Ελληνική Ομάδα Εκλαΐκευσης βρίσκονται πάντα εδώ:

Δεν υπάρχουν σχόλια: