Το ενδιαφέρον της σύγχρονης Φυσικής στρέφεται γύρω από τη μελέτη των λεγόμενων Στοιχειωδών Σωματιδίων, δηλαδή των σωματιδίων που αποτελούν τους δομικούς λίθους της ύλης. Αν και πρόκειται για σωματίδια με εξαιρετικά μικρές διαστάσεις, οι απαραίτητες για τη μελέτη τους πειραματικές διατάξεις, γίνονται ολοένα και μεγαλύτερες. Αυτό συμβαίνει διότι για να γίνουν οι χειρισμοί που θα επιτρέψουν να τεθούν σε έλεγχο τόσο μικρά σωματίδια ώστε να εκδηλώσουν τις ιδιότητές τους, χρειάζονται πολύ εξειδικευμένες εγκαταστάσεις και μεγάλου μεγέθους πειραματικές διατάξεις, οι λεγόμενοι Επιταχυντές.
Οι Επιταχυντές είναι πειραματικές διατάξεις που μπορούν να επιταχύνουν λεπτές δέσμες, αποτελούμενες από στοιχειώδη σωματίδια, σε πολύ υψηλές ταχύτητες, τέτοιες μάλιστα ώστε να προσεγγίζουν την ταχύτητα του φωτός. Στη συνέχεια, οι δέσμες των σωματιδίων εκτρέπονται από την πορεία τους με αποτέλεσμα να συγκρούονται μεταξύ τους με πολύ υψηλή ενέργεια λόγω της ταχύτητας την οποία έχουν αποκτήσει. Από την όλη διαδικασία της σύγκρουσης μπορούν να εκδηλωθούν οι ιδιότητες των σωματιδίων αυτών και επιπλέον σχηματίζονται άλλα σωματίδια από την παρουσία των οποίων μπορούν να εξαχθούν πολύ σημαντικά συμπεράσματα από τους επιστήμονες ερευνητές.
Ο πλέον σύγχρονος επιταχυντής είναι ο LHC (Large Hadron Collider = Μεγάλος Συγκρουστής Αδρονίων) ο οποίος βρίσκεται στο κέντρο πυρηνικών ερευνών CERN, στα γαλλοελβετικά σύνορα. Ο LHC είναι ουσιαστικά μια υπόγεια σήραγγα κυκλικού σχήματος (δακτύλιος) σε μέσο βάθος 100 μέτρα και με περιφέρεια 27 χιλιομέτρων. Σκοπός του είναι να επιταχύνει 2 δέσμες πρωτονίων σε ταχύτητες σχεδόν ίσες με την ταχύτητα του φωτός. Με τη σύγκρουση των δεσμών πιστεύεται ότι θα δημιουργηθούν οι συνθήκες που επικρατούσαν λίγες στιγμές μετά τη λεγόμενη Μεγάλη Έκρηξη (δείτε σχετικά το θέμα Εν αρχή εποίησεν ο Θεός τον ουρανό και τη γη), γεγονός που θα επιτρέψει τη μελέτη της διαδικασίας συγκρότησης της ύλης ούτως ώστε να σχηματισθεί το σύμπαν όπως το γνωρίζουμε σήμερα. Η επιτάχυνση των πρωτονίων σε τέτοιας τάξης μεγέθους ταχύτητες, επιτυγχάνεται με τη χρήση ειδικών, μεγάλων διαστάσεων, υπεραγώγιμων μαγνητών οι οποίοι για το σκοπό αυτό θα πρέπει να λειτουργούν σε θερμοκρασία -271οC. Η μέγιστη ταχύτητα (και κατά συνέπεια η μέγιστη ενέργεια για τις συγκρούσεις) δεν θα δοθεί εξ αρχής στις δέσμες αλλά σταδιακά. Όταν δοθεί αυτή η μέγιστη ενέργεια (7TeV η κάθε δέσμη, σύνολο 14TeV), τότε οι δύο δέσμες πρωτονίων θα ισοδυναμούν με δύο υπερταχεία τραίνα βάρουν 400 τόνων το καθένα, που συγκρούονται ενώ τρέχουν με 150 χιλιόμετρα την ώρα το καθένα. Τοπικά και στιγμιαία θα αναπτύσσονται θερμοκρασίες 100.000 φορές υψηλότερες από τις θερμοκρασίες στο κέντρο του Ήλιου (13,6 εκατομμύρια βαθμοί Κελσίου).
Η συλλογή των αποτελεσμάτων των συγκρούσεων γίνεται κυρίως σε τέσσερα σημεία πάνω στην περιφέρεια του LHC όπου για το σκοπό αυτό βρίσκονται τοποθετημένοι αντίστοιχα τέσσερις ανιχνευτές μεγάλου μεγέθους (τάξης μεγέθους πολυκατοικίας), οι ATLAS, CMS, ALICE και LHCb.
Πρόκειται για ένα εξαιρετικά πολύπλοκο εγχείρημα στο οποίο απασχολούνται περίπου 10.000 επιστήμονες από 500 πανεπιστήμια ανά τον κόσμο. Αξιοσημείωτη είναι και η συμμετοχή της Ελλάδας, η οποία είναι και ένα από τα ιδρυτικά μέλη του CERN, από το 1954. Από την πατρίδα μας έχουν αποσταλεί καθηγητές και φοιτητές οι οποίοι εργάζονται στο λογισμικό χειρισμού, στο λογισμικό ανάλυσης των δεδομένων αλλά και στον τομέα κατασκευής και ελέγχου τμημάτων του ανιχνευτή ATLAS καθώς και σε άλλα επιμέρους τμήματα του πειράματος.
Στους ανιχνευτές αυτούς που βρίσκονται εγκατεστημένοι σε συγκεκριμένα σημεία της περιφέρειας του LHC, κατά την πραγματοποίηση των συγκρούσεων σωματιδίων, γίνεται καταγραφή της ενέργειας, της τροχιάς και άλλων παραμέτρων των σωματιδίων που παράγονται από τις συγκρούσεις αυτές. Τα δεδομένα αυτά καταγράφονται και ο όγκος τους είναι τόσο μεγάλος που ακόμα και μετά το «φιλτράρισμα» των χρήσιμων στοιχείων, μέσα σε χρονικό διάστημα ενός έτους, αντιστοιχούν σε όγκο δεδομένων 10.000 φορές μεγαλύτερο από τον όγκο των πληροφοριών που περιέχονται σε όλα τα βιβλία που τυπώνονται σε όλο τον κόσμο μέσα σε ένα χρόνο.
Γίνεται επομένως αντιληπτό ότι η μεταφορά, η αποθήκευση και η επεξεργασία των δεδομένων του πειράματος είναι αδύνατον να γίνει τοπικά στο CERN όσο καλά εξοπλισμένο κι αν είναι. Για το λόγο αυτό, το CERN σε συνεργασία με 33 χώρες, δημιούργησε μια ειδική δικτυακή δομή για να επιτύχει διαμοιρασμένη υπολογιστική ισχύ και αποθήκευση των δεδομένων, το λεγόμενο LHC Computing GRID (Πλέγμα). Το GRID εκτείνεται σχεδόν σε όλο τον πλανήτη είναι βασισμένο εξολοκλήρου σε γραμμές οπτικών ινών για μεγαλύτερη ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων και προς το παρόν περιλαμβάνει περίπου 100.000 υπολογιστές.
Οι κυριότεροι στόχοι λειτουργίας των ανιχνευτών του LHC επιγραμματικά είναι:
-
Εξέταση της ύπαρξης ή όχι του σωματιδίου Higgs. Πρόκειται για ένα σωματίδιο που θεωρείται ότι ευθύνεται για τη διαδικασία κατά την οποία ένα οποιαδήποτε σχηματιζόμενο σωματίδιο προσλαμβάνει μάζα.
ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ:
Τον Ιούλιο του 2012 οι επιστήμονες του CERN ανακοίνωσαν ότι στα σχετικά πειράματα που εκτελούνται στην περιφέρεια του επιταχυντή LHC, εντόπισαν ένα σωματίδιο που με αρκετά μεγάλο επίπεδο βεβαιότητας (δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί πλήρως) μπορούν να πουν ότι πρέπει να είναι το μποζόνιο Χιγκς (βλ. άρθρα Νο 27 & 28 στο σχετικό υλικό της δεξιάς στήλης).
-
Συμπλήρωση ή αναθεώρηση του Καθιερωμένου Προτύπου, που είναι το μοντέλο που περιγράφει τη σωματιδιακή Φυσική όπως τη γνωρίζουμε σήμερα.
-
Προσπάθεια ενοποίησης των τεσσάρων θεμελιωδών δυνάμεως της φύσης σε μία (βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητισμός, ασθενής & ισχυρή πυρηνική δύναμη)
-
Αναπαράσταση των συνθηκών λίγες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη ώστε να μελετηθεί πώς έκτοτε εξελίχθηκε η πορεία σχηματισμού του σύμπαντος.
-
Μελέτες σχετικά με την υπερσυμμετρία και τις επιπλέον διαστάσεις (δείτε περισσότερες εξηγήσεις στο σχετικό υλικό της δεξιάς στήλης).
Υπάρχουν και προεκτάσεις που αφορούν την καθημερινή ζωή και έχουν να κάνουν με την προσπάθεια ανακάλυψης και αξιοποίησης νέων ιδιοτήτων της ύλης, ενώ επίσης για τις ανάγκες του πειράματος έγινε προώθηση ανάπτυξης της τεχνολογίας των υλικών, των υπολογιστών και των δικτύων. Ακόμη η μελέτη των ακτινοβολιών στοιχειωδών σωματιδίων είναι πολύ χρήσιμη για την ανάπτυξη των απεικονιστικών και θεραπευτικών μεθόδων της ιατρικής.
Μέσα από όλη αυτή την κινητοποίηση και το ενδιαφέρον για τη μελέτη των στοιχειωδών σωματιδίων, βλέπουμε ότι οι επιστήμονες επιδιώκουν να διερευνήσουν τα γεγονότα της αρχής της ζωής του σύμπαντος και της έκτοτε εξέλιξής του. Επιβεβαιώνεται έτσι ο Λόγος του Θεού, διότι ενώ για πολλούς αιώνες οι επιστήμονες πίστευαν ότι το σύμπαν είναι άπειρο και αιώνιο, η Αγία Γραφή διεκήρυττε ότι υπάρχει «αρχή» και ότι το σύμπαν διαστέλλεται και επομένως είναι πεπερασμένο, διαπιστώσεις που έγιναν από τους επιστήμονες μόλις στις αρχές του 20ου αιώνα (δείτε σχετικά το θέμα Εν αρχή εποίησεν ο Θεός τον ουρανό και τη γη).
Επιπλέον, μέσα από τα πειράματα μελέτης των στοιχειωδών σωματιδίων, οι επιστήμονες διαπιστώνουν ότι η συμπεριφορά των δομικών λίθων της ύλης διέπεται από νόμους και εξισώσεις και από μια θαυμαστή αρμονία την οποία επιχειρούν να αναλύσουν. Παρατηρούν ότι οι μαθηματικές εξισώσεις που περιγράφουν τις αρχές της Φυσικής δεν είναι ακανόνιστα πολύπλοκες αλλά διέπονται από απλοϊκότητα και συμμετρία. Σε αυτό οφείλεται και το γεγονός ότι το σύμπαν μέσα στο οποίο ζούμε δεν είναι χαοτικό αλλά υπακούει σε συγκεκριμένους νόμους. Και το συμπέρασμα που προκύπτει λογικά και αβίαστα είναι ότι αφού υπάρχουν νόμοι θα πρέπει να υπάρχει και ένας Νομοθέτης, ένας Νους που να τα δημιούργησε όλα αυτά και να τα έθεσε σε λειτουργία.
Αυτό το πρόσωπο μας το φανερώνει η Αγία Γραφή:
«δι’ Αυτού (του Χριστού) εκτίσθησαν τα πάντα, τα εν τοις ουρανοίς και τα επί της γης, τα ορατά και τα αόρατα, είτε θρόνοι είτε κυριότητες είτε αρχαί είτε εξουσίαι· τα πάντα δι’ Αυτού και εις Αυτόν εκτίσθησαν· και Αυτός είναι προ πάντων, και τα πάντα συντηρούνται δι’ Αυτού» (Κολοσσαείς α’ 16-17)
Ας
προσέλθουμε στην κοινωνία αγάπης μετ’ Αυτού στην
οποία μας προσκαλεί διά της αποδοχής της σταυρικής
Του θυσίας.
***
Τα
περιεχόμενα του άρθρου αποτελούν περίληψη των
εκπομπών
"Χριστιανισμός
και Επιστήμη" της 11/09/2008 &
25/09/2008.
Το σχετικό υλικό παρατίθεται στη δεξιά στήλη.
Ακούστε τις σχετικές εκπομπές
Μέρος 1ο
Μέρος 2ο
